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このかわたぬき
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1 科学技術と文化総合講義 ( 宇宙と地球の科学 ) 片岡龍峰第 4 回 :2012 年 5 月 7 日磁気嵐と大停電

2 gallery/gallery.pl/photo/1828.html

3 日食の観察でやってはいけないこと国立天文台

4 授業内容 1. 授業ガイダンス ( オーロラ上映あり ) 4 月 16 日 2. 太陽地球環境 1( 大地から太陽系の果てまで ) 3. 太陽地球環境 2( 生命を守る3つの盾太陽風地磁気大気 ) 4 月 23 日 4. 太陽地球環境 3( 生命を脅かす 3 つの槍宇宙線宇宙塵太陽紫外線宇宙塵 ) 4 月 30 日 5. 宇宙災害 1( 磁気嵐と大停電 ) 5 月 7 日 6. 宇宙災害 2( 放射線帯と人工衛星障害 ) 5 月 21 日 ( 休講 ) 5 月 14 日 7. 宇宙災害 3( 銀河宇宙線と太陽放射線被ばく ) 5 月 28 日 8. 宇宙天気予報 1( 世界の宇宙天気モニター ) 6 月 4 日 9. 宇宙天気予報 2( 宇宙天気の数値予報 ) 6 月 18 日 ( 休講 ) 6 月 11 日 10. 太陽気候関係 1( マウンダー極小期と魔女狩り ) 6 月 25 日 ( 休講 ) 11. 太陽気候関係 2( 宇宙線雲仮説 ) 7 月 2 日 12. 宇宙史と地球史 1( 暗い若い太陽のパラドックス ) 7 月 9 日 13. 宇宙史と地球史 2( 超新星と大絶滅 ) 7 月 16 日 14. 宇宙史と地球史 3( 暗黒星雲と雪玉地球 ) 7 月 23 日 15. まとめ * 授業の内容は進み具合や最新の話題に合わせて適宜調整します

5 宇宙災害

6 1945 年プロミネンス : 磁気嵐のもと

7 過去 50 年最大の磁気嵐磁気嵐では世界中で地磁気が乱れる急始! 前 2 日間の変化主相 = 地磁気が弱まる主相では何度も何度もオーロラ爆発が発生する回復相 = 地磁気が元に戻る jma.go.jp/knowledge/qanda.html

8 なぜ急始では地磁気が強まる? MAGNETOPAUSE CURRENTで右ネジの法則を考えると衝撃波による急激な圧縮! 磁場太陽風の衝撃波を受け止めて強まるローレンツ力 ( 左手の法則 )

9 なぜ磁気嵐で地磁気が弱まる? RING CURRENTで右ネジの法則を考えると RING CURRENT = エネルギーの高い粒子が地球の近くに溜まることで流れている電流

10 磁気嵐というモードになるには? 地磁気と逆向きの太陽風磁場磁場 (SBz) に何時間も磁気圏が包まれることでエネルギーの高い粒子が溜まり内部の圧力が高いモードになる SBzだと開いた磁気圏太陽風のエネルギーを受け入れるやがて内部が高圧化する * 磁場の南北成分を専門家はBz( ビーゼット ) と呼ぶ NBzだと閉じた磁気圏太陽風のエネルギーを受けつけない磁場がつなぎかわるため磁気バリアの形が変化する Dungey (1961, 1963)

11 磁気嵐を感じる動物??

12 ウシ? グーグルアースで世界の牧草地グ 308か所牛 8510 頭を調べた結果大半が北か南を向いておりその方位を平均すると正確な南北よりも多少ずれている地磁気の南北に近かった Magnetic Cow

13 イルカクジラハトヒト? イルカやクジラなどの大脳には磁気センサーが発見されている集団座礁は磁気嵐のときに多いというケンブリッジ大の研究結果があるらしい宇宙を感じていたハトハト国際伝書鳩レースの開催日にたまたま磁気嵐が発生しレースに参加した 5000 羽のうち無事ゴールにたどりつけたのは5% ということがあった私も MRI に入ったときに磁場を感じましたこの MRI は 3 テスラ地磁気は 3x10 5 テスライルカとかの参照 : オーロラの科学 : 人はなぜオーロラにひかれるのか上出洋介著

14 過去 50 年最大の磁気嵐磁気嵐では世界中で地磁気が乱れる急始! 前 2 日間の変化主相 = 地磁気が弱まる主相では何度も何度もオーロラ爆発が発生する回復相 = 地磁気が元に戻る jma.go.jp/knowledge/qanda.html

15 この大磁気嵐で大停電 1989 年 3 月 13 日大規模な磁気嵐が発生しカナダのハイドロケベック (Hydro Quebec) 社の電力システムに障害が起こり約 600 万人が停電の被害にあった焼き切れた変圧器 ( ニュージャージー州 )

16 なぜ誘導電流が流れる? ファラデーの法則 B tt E 磁場の時間変化が地表に電位分布を作るグランドから変圧器に異常電流が流れ込む GIC = Geomagnetically Induced Currents

17 磁気嵐中の発電量は? 100 kv x 10 MA = 10 GWのオーダー DE-1 衛星が観測したオーロラ爆発磁気嵐中に何度も繰り返し発生する

18 観測史上最強の磁気嵐は? 1859 年 9 月 2 日午前 9 時 30 分ボストンのステート通り31 番地にあった電信局の交換台で過電流が生じた交換手らは機器に接続されていたバッテリーを外して (!) 営業を続けた 1859 年は日本では江戸時代は江戸時代末期の安政 6 年 G. B. Prescott, Am. J. Sci. Arts, 29, 92, /9/1にキャリントンがスケッチした黒点ラピュタで出てきたモールス信号のあれだと思うたぶん

19 キャリントン磁気嵐電信局では火災が起こり通信網は大規模な障害に見舞われ磁気観測所ではメーターの針が振り切れた米国学術研究会議 (NRC) が2008 年に出した報告書によるとキャリントン磁気嵐が生じた場合に米国が被る被害総額は最初の年だけで1~ 2 兆ドルに上り完全復興までには推定で4~10 年かかる可能性がある今後 10 年間での発生確率は 12% Pete Riley, Space Weather, 2012

20 日本の経済ダメージは? キャリントンクラスでも停電事故は起きない日本は地磁気に深く守られていてダメージは桁違いに小さい

21 Pulkkinen, Kataoka, Watari, Ichiki (2010) 急始に強い日本の地下構造 100 km 日本は地下の水にも守られていて磁場の急激な時間変化に鈍感

23 日本書紀にオーロラ 620 年 12 月 30 日 ( 推古天皇聖徳太子が活躍していた時代 ) 天に赤色の気 ( しるし ) が現れた長さは一丈 ( 約 3.8m) あまり雉 ( きぎす ) の尾のようであった講談社学術文庫日本書紀 ( 下 ) 宇治谷孟著 p.110 より引用 682 年 9 月 18 日 ( 天武天皇の時代 ) 灌頂旗( かんじょうばた ) のような形で火の色をしたものが空を浮かんで北へ流れたこれはどの国でも見られた越の海 ( 日本海 ) にはいったというものもあったこの日白気 ( はっき ) が東の山に現れその大きさは四囲 ( 一丈二尺 = 約 4. 6m) であった講談社学術文庫日本書紀 ( 下 ) 宇治谷孟著 p.292 より引用 * 明月記にもオーロラ : 北の空から赤気が迫ってきたその中に白い個所が五ヶ所ほどあり筋も見られる恐ろしい光景なり

24 1770 年 9 月 17 日の赤気北海道から九州 ( 佐賀長崎 ) までの広い範囲で見られおよそ 40 の書物に記録されている高力種信著猿猴庵随観図会 1778 年頃国立国会図書館蔵東京大学社会情報研究所コレクション幕末明治ニュース事始め ~ 人は何を知りたがるのか木下直之北原糸子編中日新聞社刊より

25 2 種類の低緯度オーロラ背の高いオーロラの赤い部分だけが北の空に見えるタイプ磁気嵐特有のエネルギーの低い電子だけが低緯度に降るタイプ u.ac.jp/member/shiokawa/aurora_head.html 名古屋大塩川さんの解説と映像

28 その結果殆ど発達しなかった要因 1. 地球直撃コースではなかった要因 2. 太陽風のスピードが遅かった要因 3. 太陽風の磁場が南を向かなかった過去 10 年で最大の磁気嵐北海道でオーロラが見られるレベル ( 250 nt) u.ac.jp/dst_realtime/presentmonth/index.html 磁気嵐指数が見られるホームページ

29 宇宙から撮影できるまで M( ミステリー ) 領域といわれていた 27 日で繰り返す強い磁気嵐の原因になったコロナホール Richardson et al. 2006

30 強い磁気嵐を作るには? おおもとの太陽風の電磁エネルギーを上げる太陽風のスピードVを上げる太陽風の磁場 Bを南向きに強くする太陽風の電磁エネルギー流 V x B 2 コロナホールで作れるのは磁場が最大 20 nt スピードは最速 km/s 程度コロナ質量放出で作れるのは磁場が最大 60nT スピードは最速 km/s 程度コロナホールより電磁エネルギーが数十倍にもなるつまり巨大磁気嵐を作るのはコロナ質量放出

31 旅行の計画にも役立つ? なぜ磁気嵐は春と秋に多い? 地磁気に対する太陽風の当たり具合地磁気に対する太陽風の磁場の傾き具合コロナ質量放出タイプの磁気嵐コロナホールタイプの磁気嵐 Dst 指数 > 100 nt の磁気嵐の月別発生回数 80 年間の統計吉田ほか ( 地学雑誌 2004)

32 今日

33 27 日前

34 第 4 回アンケート出席の代わりです自由に記入してください話し忘れたこと磁気嵐ランキング : 春と秋に多い? 磁気嵐と巨大地震?? 先に話しておけば良かったこと太陽と太陽風

35 次週予告メモ : 宇宙のピヨピヨとポヨポヨレポートの総評科学技術と文化総合講義 ( 宇宙と地球の科学 ) 片岡龍峰第 5 回 :2012 年 5 月 14 日放射線嵐と被ばく

宇宙と地球のつながり過去、現在、未来

宇宙と地球のつながり過去、現在、未来極限的な宇宙環境による地球環境変動の可能性片岡龍峰国立極地研究所地磁気夏の学校 2013.8.20 最速への挑戦最速オーロラの発見 (Kataoka+2012) NHK 宇宙の渚 Oct-Nov 2011 Poker Flat Research Range Phantom + Hamamatsu II + 24mmF1.4 lens + RG665 filter オーロラの 10 倍スローモーション映像