本日の内容宇宙天気とは? 最近の宇宙天気状況宇宙天気に関わる最近のNICTの活動宇宙天気に関わる国際および国内動向宇宙天気ユーザーニーズ調査中間報告 2

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みりあなぐも
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1 2016 年の宇宙天気平成 28 年 6 月 14 日国立研究開発法人情報通信研究機構宇宙環境研究室長石井守 1

2 本日の内容宇宙天気とは? 最近の宇宙天気状況宇宙天気に関わる最近のNICTの活動宇宙天気に関わる国際および国内動向宇宙天気ユーザーニーズ調査中間報告 2

3 What is Space Weather? 宇宙天気とは? 3

4 年 6 月 10 日 ( 金 ) フジテレビとくダネ! Blog より引用

5 目に見える宇宙天気オーロラ 2016 年 6 月 11 日南極昭和基地のオーロラ 5

6 宇宙天気 2

7 記録上最大の宇宙天気現象キャリントンイベント (1859 年 9 月 1-2 日 ) 送電線が帯電電信オフィスが発火非常に明るいオーロラが発生し夜でも新聞が読めた 7

今も起こるキャリントン級の爆発 2012 年 7 月 23 日にキャリントン級のフレアが発生地球方向を外れたため影響はなかった現在キャリントン級の現象が起こった時の経済的損失の見積もり Regions Best Worst 米国カナダ 128,808 163,866 スカンジナビア英国独仏伊瑞墺 28,903 37,210 73,934

8 今も起こるキャリントン級の爆発 2012 年 7 月 23 日にキャリントン級のフレアが発生地球方向を外れたため影響はなかった現在キャリントン級の現象が起こった時の経済的損失の見積もり Regions Best Worst 米国カナダ 128, ,866 スカンジナビア英国独仏伊瑞墺 28,903 37,210 73,934 95,185 欧州全体 102, ,395 日本 41,746 53,745 豪州 7,617 9,806 参考 : 東日本大震災の経済損失 : 100, ,000 ( 百万ドル ) Reference: SWISS Re, Space Weather Workshop 2014, April 8-11, 2014, Boulder US. 8

9 NICT 宇宙天気予報センター Web アクセス数 : 158,057 件 / 月登録数 :9,271 件 Facebook Twitter でも情報発信国内の主なユーザ : 衛星運用機関航空関係機関電力事業者短波利用機関物理探査事業者大学研究機関等学術機関アマチュア無線等 9

10 Recent Space Weather condition 最近の宇宙天気状況 10

11 太陽活動の現状太陽黒点黒点相対数 2015 年 1 月 1 日の太陽 2000 年 1 月から 2019 年 1 月までの太陽活動変化 ( 赤線は予測値 ) 11

デリンジャー現象発生日発生時間原因となったフレアの規模 2015/01/13 4:30-5:15 M5.6/2B M4.9 2015/01/30 0:45 M2.0 2015/01/30 5:45 M1.7 2015/02/04 2:15 M1.2/2N 2015/03/03 1:30-1:45 M8.2/SB 2015/03/06 4:15-4:30 M3.

12 デリンジャー現象発生日発生時間原因となったフレアの規模 2015/01/13 4:30-5:15 M5.6/2B M /01/30 0:45 M /01/30 5:45 M /02/04 2:15 M1.2/2N 2015/03/03 1:30-1:45 M8.2/SB 2015/03/06 4:15-4:30 M3.0 LDE 2015/03/07 22:15-22:45 M9.2 LDE 2015/03/09 23:45-0:00 M5.8/2N 2015/03/10 3:30 M5.1/2B 2015/03/14 4:45 M /03/17 23:45 M /03/25 4:45 C /05/05 22:15 X /06/14 1:00 M2.0/SF 2015/06/21 1:45-2:45 M2.0 M /06/25 8:15-9:00 M7.9/3B LDE 2015/08/21 2:15-2:30 M1.2/1F 2015/08/27 5:45 M /08/30 3:00-3:30 M /09/28 4:00 M /09/29 5:15 M2.9/SF 2015/10/04 2:45 M1.0 現在もっとも最近に起こった X フレア (2015 年 5 月 5 日 ) の時のデリンジャー現象 12

13 スポラディック E 層山川は 2015 年 8 月 31 日 ~9 月 16 日の間機器故障により欠測 13

14 太陽活動変動と大規模な宇宙環境変動超高圧送電網の普及拡大宇宙環境変動の大きさ (Ap 指数 ) インターネットの普及 GPS 実利用太陽黒点相対数西暦ここ数 10 年間はあまり大規模な宇宙環境変動は頻発していないしかし過去にはより規模の大きな宇宙環境擾乱が発生していたことが知られている観測史上最大の宇宙環境変動 (100 年に 1 度のレベル ) は 1859 年 9 月に発生している太陽活動の状況によってはより大きな宇宙環境変動による社会インフラへの大規模な影響が起こりうる可能性

15 2015 年 11 月にスウェーデンで太陽嵐のために 1 時間以上航空運用ストップ 15

16 Recent NICT Activity for Space Weather 宇宙天気に関わる最近の NICT の活動 16

17 NICT 宇宙天気予報のための技術極東磁力計 HF レーダー観測網昭和基地での電離圏観測国内電離圏定常観測太陽観測 SEALION イオノゾンデ太陽太陽風観測磁力計 HF レーダ宇宙天気観測網宇宙天気シミュレーション技術 17

18 NICT 太陽監視システム NICT 小金井本部 ( 東京都 ) 山川電波観測施設 ( 鹿児島県 ) 太陽電波望遠鏡太陽風観測データ受信システム 18

19 NICT 太陽監視システム概要太陽風太陽電波太陽風監視機 (ACE, DISCOVR) 観測データ Web, 電子メールによる宇宙天気情報の提供データ解析レドーム内には直径 8m のパラボラアンテナ直径 11m のパラボラアンテナ迅速な情報受信機受信機高精度情報太陽電波望遠鏡太陽面爆発現象の早期発見とその地球への影響の見積もりによりリードタイムの延伸をはかる平磯から山川へのシステム機能の移設太陽風観測データ受信システム ACE/DISCOVR 観測データを受信リードタイムは短いものの精度の高い太陽風情報を取得 19

20 イオノゾンデ更新 VIPIR のイオノグラム 8ch Rx Antenna Array 米国 NOAA で開発利用されている VIPIR は 8ch 受信アンテナにより X- O モード分離がされている SNR 表示モードで背景ノイズ除去可能 Linux ベースソフトウェア制御の多彩な観測モード

東南アジア電離圏観測ネットワーク King Mongkut's Institute of

プラズマバブルを中心とする赤道域電波伝搬障害を研究する目的で 2003 年より NICT

21 東南アジア電離圏観測ネットワーク King Mongkut's Institute of Technology Ladkrabang (KMITL) Chiang Mai University (CMU) National Institute of Aeronautics and Space (LAPAN) SEALION(South-East Asia Low-latitude Ionospheric Observation Network) プラズマバブルを中心とする赤道域電波伝搬障害を研究する目的で 2003 年より NICT が構築チェンマイバンコクチュンポンバクリウプーケットコトタバンセブ磁気赤道赤道イオノゾンデ GPSシンチレーション GPS 全電子数磁力計全天大気光カメラ University of San Carlos (USC) Hanoi Institute of Geophysics, Vietnamese Academy of Science and Technology (VAST) 21

22 西太平洋上空の電離圏観測現存する HF-TEP システム ( 大洗 ) 日本豪州間の HF VHF 帯の電波伝搬の方向探査を定常的に行いプラズマバブルに伴う伝搬異常からその位置を推定するリモートセンシング手法を開新規 VHF-TEP システム ( 山川 ) 発 22

23 地表から電離圏までの天気予報モデル電離圏擾乱予測のための地球全体の数値モデル細かい乱れを再現する局所数値モデル電離圏 ( 高度 300km) 地表の温度電離圏は太陽の影響とともに地表近くの気象にも大きく影響を受ける電離圏の天気予報をするためには地表の天気を取り入れた予報モデルを作る必要がある NICT は地球全体を見渡すとともに細かい変化をとらえるモデルづくりを進めている 23

24 経験的放射線帯予測による静止軌道衛星の位置での宇宙環境情報の提供 24

25 太陽画像の機械学習によるフレア予報 Yohkoh 衛星, 軟 X 線太陽 X 線モニタリング衛星データは 1 日に 1.5TB 以上取得され (10 年前の約 1000 倍 ) 観測データが膨大人の処理能力を超えている単純な黒点穏やか複雑な黒点フレアを起こしやすいのような判断を AI にさせる log 磁気中性線の本数 [ 個 ] 抽出した特徴量の分布とフレア発生の関係 X フレアが 1 日以内に起こった例 M フレアの例フレアなし log 磁気中性線の合計長さ [pix] 太陽面爆発フレア ( 水爆の 1 億倍 ) が発生すると地球に大きな影響を及ぶので今後 1 日の太陽活動を予測したい磁場画像ベクトル磁場磁気中性線過去 5.5 年分の 3x10^5 枚の太陽画像を学習データとする機械学習 (A.I.) 各領域毎の1 日以内のフレア発生確率 X % M %

26 情報発信 26

27 国立科学博物館 ( 上野 ) 特別展ヒカリ展に協力 2014 年 10 月 28 日 ~2015 年 2 月 22 日 27

28 International and Domestic Activity for Space Weather 宇宙天気に関わる国際および国内動向 28

ISES: 国際宇宙環境サービス (18 か国が加盟 ESA が Collaborative Expert Center として参加 ) 局所的電離圏観測や地磁気観測の地上観測網が充実している他独自の宇宙天気数値予測モデル ( 太陽風磁気圏電離圏 ) の開発を実施太陽監視衛星太陽風監視衛星静止軌道衛星など多くの衛星を運用しデータを提供ワルシャワ ( ポーランド ) ルンド (

29 ISES: 国際宇宙環境サービス (18 か国が加盟 ESA が Collaborative Expert Center として参加 ) 局所的電離圏観測や地磁気観測の地上観測網が充実している他独自の宇宙天気数値予測モデル ( 太陽風磁気圏電離圏 ) の開発を実施太陽監視衛星太陽風監視衛星静止軌道衛星など多くの衛星を運用しデータを提供ワルシャワ ( ポーランド ) ルンド ( スウェーデン ) モスクワ ( ロシア ) エクセター ( 英国 ) 北京 ( 中国 2 機関 ) ボルダー ( 米国 ) ISES 本部 (NOAA) オタワ ( カナダ ) ブリュッセル ( ベルギー ) プラハ ( チェコ共和国 ) グラーツ ( オーストリア ) NICT ジェジュ ( 韓国 ) 東京 ( 日本 ) ニューデリー ( インド ) バンドン ( インドネシア ) メキシコシティ ( メキシコ ) サンジョセドスカンポス ( ブラジル ) ヘルマナス ( 南アフリカ共和国 ) シドニー ( オーストラリア ) 国際協力によって宇宙天気予報を推進 29

30 世界の宇宙天気 ( 運用 ) 関係組織国連国際科学会議 (ICSU) 宇宙平和利用委員会 (UN/COPUOS) 国際民間航空機関 (ICAO) 世界気象機構 (WMO) 国際宇宙環境サービス (ISES) ISWI (International Space Weather Initiative) WG 2009~2011 Long-Term Sustainability WG 2011~2014 Regular session 2015~ IAVSWOPSG (International Airways Volcano Watch Operations Group) 2009~ WG-MISD (Meteorological Information and Service Development) 2015~ ICTSW (International Coordinate Team for Space Weather) 2009~ Space Weather Workshop (NOAA) European Space Weather Week Asia-Oceania Space Weather Alliance (NICT) 2010~ 30

31 宇宙天気情報の航空機運用への利用義務化国際民間航空機関 (ICAO) 第 3 付属書 : 航空機の運行責任者等に提供しなければならない気象情報を規定現在宇宙天気情報を含めるよう第 3 付属書の改定が進められている 2020 年代には宇宙天気情報が航空運用に不可欠な情報として使用される見込み短波通信のみが可能な領域短波通信衛星測位航空運用被ばく 31

32 Space Weather Sub-Group Activities No. Activity Predecessor Due Date 3.1 Revised Space Weather Concept of Operations for endorsement by the MET Panel 3.2 Space weather information performance requirements for endorsement by the MET Panel 3.3 Space Weather Center selection criteria for endorsement by the MET Panel 3.4 Proposals for Amendment of ICAO Annex 3 with respect to space weather information May June July September Space Weather Information Manual 3.1 and 3.2 September /16/

アジアにおける宇宙天気研究活動のイニシャティブ AOSWA: アジアオセアニア宇宙天気アライアンス

年 10 月に 5 か国で開始目的 : 宇宙天気の運営および研究に関する情報交換現在 13 か国

回会合 : 2013 年 11 月 4-7 日, 中国昆明第 3 回会合 :2015 年 3 月

33 アジアにおける宇宙天気研究活動のイニシャティブ AOSWA: アジアオセアニア宇宙天気アライアンス (Asia-Oceania Space Weather Alliance) キックオフ : 2010 年 10 月に 5 か国で開始目的 : 宇宙天気の運営および研究に関する情報交換現在 13 か国 26 機関が参加第 1 回会合 :2012 年 2 月日, タイチェンマイ第 2 回会合 : 2013 年 11 月 4-7 日, 中国昆明第 3 回会合 :2015 年 3 月 2-5 日, 日本福岡第 4 回会合 :2016 年 10 月日, 韓国済州島 33

34 各国の対応 ~ 米国の場合 ~ 宇宙天気を地震や津波と並べ米国戦略的国家危機評価 (US Strategic National Risk Assessment) の一つとして検討 2015 年 10 月ホワイトハウスから国家宇宙天気戦略が発表

35 NASA 太陽嵐の地上電力網への影響をシミュレーションするために 6か所のテストサイトを新設出典 :IEEE spectrum 35

36 ヨーロッパでは極端宇宙天気現象に対する鉄道運行への対策を始める 36

37 宇宙天気の電力網への影響は極域だけではない! 37

38 各国保険機関が相次いで宇宙天気の経済インパクトを発表

39 ロイズ社曰く太陽嵐に最も脆弱な都市は東京

40 国内連携の新しい枠組み構築科研費 : 新学術領域研究太陽地球圏環境予測 A01 班双方向宇宙天気予報システムの構築大学研究機関等検証評価モデル観測の提供ニーズの提供使いやすい情報の提供ユーザー国内の主要な宇宙天気関連研究機関が参加名古屋大京都大九州大 NICT 東北大放医研原子力研 JAXA 気象研国立天文台, 電気通信大極地研電子航法研武蔵野美大 40

宇宙天気の学術研究と利用の関係太陽惑星間空間磁気圏電離圏影響コロナホール CME/CIR 太陽フレア大学研究機関学術的研究対象

電離圏電子密度変動下部電離圏異常電離電離圏電流増大地下電気伝導度分布実用化に向けた研究対象衛星帯電人体被ばく衛星軌道変化

測位利用障害通信放送障害電力網への障害官公庁企業研究の必要性 : 宇宙天気の未解明のプロセスの研究

41 宇宙天気の学術研究と利用の関係太陽惑星間空間磁気圏電離圏影響コロナホール CME/CIR 太陽フレア大学研究機関学術的研究対象高速太陽風プラズマ雲高エネルギー粒子増大 X 線磁気圏擾乱放射線増大高エネルギー粒子増大電離圏擾乱超高層大気膨張電離圏電子密度変動下部電離圏異常電離電離圏電流増大地下電気伝導度分布実用化に向けた研究対象衛星帯電人体被ばく衛星軌道変化死の衛星測位誤差の谷死増大受信不能谷短波通信障害誘導電流社会被害ニーズ衛星運用障害有人宇宙活動への障害航空運用障害測位利用障害通信放送障害電力網への障害官公庁企業研究の必要性 : 宇宙天気の未解明のプロセスの研究大学等との連携による新たな知見の探求 NICT は宇宙天気において学術と実利用をつなぐ我が国唯一の組織宇宙天気情報の必要性 : 利用者が業務を遂行する上で不可欠な情報となってきている 41

42 PSTEP で構築されるプロダクト

43 電波伝搬シミュレータのサンプル

44 テーラーメイド宇宙天気

45 Prompt Report of User Needs Research for Space Weather Information 宇宙天気ユーザーニーズ調査中間報告 45

46 宇宙天気におけるニーズシーズマッチング調査ヒアリング期間 : 2016 年 2 月 5-18 日 18 機関 21 人 Questioner on the paper, phone and F2F meeting 種別利用通信測位電力衛星運用被ばく資源探査その他合計アンケート 8(3) 0 1 3(1) (4) 21 人中ヒアリングうち電話 1 合計

47 電波伝搬シミュレータ構築におけるギャップ解析ニーズシーズ間ギャップ分解能 : 時間分解能は達成可能 ( 数分 ) 空間分解能 ( 数 k m) については供給困難どこまで妥協可能か? 測位誤差は機器依存性があるどういう情報を提供するべきか? 反射については計算可能散乱吸収については課題ユーザーへの問いどのような形で情報提供を受けたいか?

48 衛星帯電におけるギャップ解析テーラーメイド宇宙天気開発における課題それぞれの不具合の原因ごとの議論が必要 ; 表面帯電内部帯電トータルドーズシングルイベント宇宙天気状況の時間変化をどう扱うか? 耐電の履歴をどう扱うか? 宇宙天気状況と不具合の関係をどう定量化するか? ユーザーへの問いかけどの位のレベルの宇宙天気現象までを考慮に入れているのか? 研究者への問いかけどの位のレベルの宇宙天気現象で現存の衛星は壊れうるか?

49 電力網への影響におけるギャップ解析日本では宇宙天気の電力網への影響 (GIC) は通常の場合ほとんどないと言って良いではどのレベルになると影響が現れユーザーの対応が必要になるのか? 研究者への問いかけ太陽フレア CME と GIC の定量的関係極端現象で GIC はどこまで大きくなりうるか? どのくらい前に知り得るか? ユーザーへの問いかけ GIC がどの位になると危険なレベルか? どんな対策を取り得るか? どのくらい前に知りたいか?

50 まとめ太陽活動は 2013 年頃をピークにサイクル 24 の衰退期に入り 2020 年頃に底を打つ見込みその一方で過去の例では衰退期にも大きな宇宙天気現象が起こっている例もあり注意は必要現在の高度 ICT 社会においてキャリントン級のイベントが発生した時の経済効果は莫大米国をはじめ他国ではその対策を国家が進めている我が国の対応としては研究者と事業者が協力し宇宙天気現象の定量的な影響を見積もり正しく怖がり適切な対応マニュアルを作成することが重要

51 目に見える宇宙天気オーロラ宇宙ステーションから撮影されたオーロラと大気光 [ 51

目に見える宇宙天気オーロラ情報通信研究機構稚内観測施設平成 27 年 6 月 23 日 13:46 UT (22:46 JST) ISO 3200 露出 20 秒 2

目に見える宇宙天気オーロラ情報通信研究機構稚内観測施設平成 27 年 6 月 23 日 13:46 UT (22:46 JST) ISO 3200 露出 20 秒 2 宇宙天気予報高まる必要性と国際連携体制の強化 NICTオープンハウス2015 平成 27 年 10 月 22 日国立研究開発法人情報通信研究機構宇宙環境インフォマティクス研究室石井守 1 目に見える宇宙天気オーロラ情報通信研究機構稚内観測施設平成 27 年 6 月 23 日 13:46 UT (22:46 JST) ISO 3200 露出 20 秒 2 宇宙天気 3 2 宇宙天気の社会影響大フレア時に約

本日の内容 宇宙天気 とは? 最近の宇宙天気状況 宇宙天気に関わる最近のNICTの活動 宇宙天気に関わる国際および国内動向 宇宙天気ユーザーニーズ調査中間報告 2

本日の内容宇宙天気とは? 最近の宇宙天気状況宇宙天気に関わる最近のNICTの活動宇宙天気に関わる国際および国内動向宇宙天気ユーザーニーズ調査中間報告 2