2700年前に宇宙線量が増加したのはなぜ？ 杉の年輪に蓄積された元素を調べて分かったこと

宇宙線が地球に到達したとき、炭素14やベリリウム10などの元素が生成されます。
これら生成された元素を杉の年輪サンプルから分析してみると、約2700年前にあった宇宙線量増加の詳細が明らかになってきたんですねー
炭素14の増加にかかった時間は3年。
長い期間で段階的に増加していることから、巨大な太陽面爆発が複数回発生することで増加が引き起こされた可能性があるようです。


地球に到達した宇宙線から作られる元素

宇宙から地球に宇宙線が到達すると大気中の窒素や酸素などの元素と衝突して、宇宙線生成核種と呼ばれる炭素14やベリリウム10などの元素が生成されます。

これらの宇宙線生成核種は樹木の年輪や極域の氷床コアに取り込まれて蓄積します。
なので、年輪などのサンプルに含まれる元素を測定することで、過去に地球に到達した宇宙線量を推定することができるんですねー

これまでの分析から示されているのは、西暦774/775年、西暦993/994年（992/993年）に、地球へ降り注ぐ宇宙線量が急増していること。

その原因として考えられているのが、観測史上最大級の太陽面爆発の数十倍という超巨大規模の太陽面爆発でした。


長い期間で段階的に増加した宇宙線の謎

ドイツの木材を用いた最近の研究では、炭素14の増加が紀元前660年ころにもあったことが報告されています。

この現象の規模として考えられているのは、前述の2つの宇宙線量急増と同じくらい巨大であったということ。
でも、挙動が異なっていて、その起源となった宇宙線増加についての詳細は示されていませんでした。

この宇宙線増加についての詳細を調べているのが山形大学の研究チームです。

紀元前669年から633年の期間について、山形県と秋田県の県境にある鳥海山から出土した鳥海神代杉の年輪に対して、炭素14濃度の測定分析を行っています。

分析に用いたものと同じ個体の鳥海神代杉。紀元前466年に噴火した鳥海山の山体崩壊により埋没したもの。1年輪の幅は典型的に3～5ミリと比較的分厚く、早材（1年輪のうち春～夏に形成される明るい色の材）と晩材（夏～秋に形成される暗い色の材）の剥離が可能になった。

すると、鳥海神代杉での炭素14濃度の増加にかかった期間は3年、西暦775年の時と比べると長い期間で段階的に増加したことが分かってきます。

さらに、モデルの解析により示唆されたのが、紀元前660年ごろに発生したイベントが最長で41か月間まで継続するという可能性でした。

鳥海神代杉の炭素14濃度の測定結果。濃度は紀元前665年の晩材から紀元前664年の万歳にかけて大きく増加し、その後紀元前662年の晩材にかけて徐々に増加している。

このような長期にわたる継続は、巨大な太陽面爆発が複数回発生したと考えることができます。

そう、炭素14の段階的な増加は、太陽面爆発による地球への宇宙線到達が一定で連続したものよりも、2回に分かれたものと考える方が説明に合うんですねー

西暦775年や西暦994年の宇宙線増加は、1年以下の単一の超巨大太陽面爆発によって引き起こされたものとみられています。

でも、今回の研究では、紀元前660年ころの宇宙線増加はこれらよりも継続期間が長く、複数回の超巨大太陽面爆発が原因である可能性が示されることになりました。

今後、期待されるのが氷床コアなどの分析です。
紀元前660年ころのイベントについて、さらに詳しい情報がもたらされるかもしれませんよ。


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地球の大気は宇宙空間へ流出している？ 流出量は磁気嵐のタイプによって異なっているようです。

知ってました？　磁気嵐が発生すると地球の極域から宇宙空間に大気が流出していること。
この流出現象では大気の流出量が多くなるタイミングがあるんですねー
それは、コロナ質量放出に由来するタイプの磁気嵐のとき。レーダー観測から明らかになったようです。


太陽風の影響で大気が宇宙空間に流出している

太陽が放出するプラズマは“太陽風”と呼ばれ、地球に到達するとオーロラを発生させる要因になっています。

また、地球に到達した太陽風の影響により、地球の極域の上空で大気中のイオン化した酸素原子などが宇宙空間へ流出することがあります。

これまでの研究から分かっているのは、特にオーロラ爆発が起こると、同時に大量のイオンが超高層大気中から上昇すること。

太陽から大量かつ高速のプラズマがやってくると、しばしば地球の磁場が乱れる“磁気嵐”が発生します。
この磁気嵐が起こるときには、オーロラ爆発が頻繁に発生するので、極域でのイオンの上昇流も頻繁に起こっていると考えられているんですねー

でも、その時間変化や上昇流量についての観測は十分でなく、磁気嵐との関係も不明のままでした。


極域のはるか上空で夜に起こっていること

今回、国立極地研究所のチームが解析したのは磁気嵐と上昇流の関係について。
研究には“EISCAT（欧州非干渉散乱）レーダー”の超高層大気観測データが用いられました。
　　ノルウェーに設置されている“EISCAT（欧州非干渉散乱）レーダー”は、
　　日本など6カ国が共同運用しいている。

EISCATスバールバルレーダー

ノルウェーのトロムソ（北緯69度）と、スバールバル諸島ロングイヤービン（北緯78度）の2箇所の観測データから、過去20年間（1996年～2015年）に磁気嵐が起こっていたときの高度400～500キロでの観測データを取り出し、磁気嵐時の上昇流の特徴（大気イオンの上昇流量や上昇速度）を調査。

その際、磁気嵐を引き起こす要因を、高速の太陽風が先行する低速太陽風に追いつく現象（共回転相互作用領域：CIR）であった時と、太陽フレアに伴う突発的な太陽の爆発現象（コロナ質量放出：CME）であった時の2種類を区別して調べています。

その結果、トロムソでは発生初日に夜間のイオン上昇流量が激増し、コロナ質量放出起源の磁気嵐での流量は共回転相互作用領域起源の場合の4倍になることが分かります。

一方、スバールバルでは昼にイオン上昇流量が増加し、コロナ質量放出起源と共回転相互作用領域起源で流量の差はみられませんでした。

ノルウェーのトロムソ（北緯69度、次期緯度66度）とスバールバル（北緯78度、次期緯度75度）で観測されたイオン上昇流量の日変化。 4つの時間帯を色分け（MLT：時期地方時。自転軸から約11度傾いている磁軸を使って定義した地方時）。 緯度の低いトロムソではコロナ質量放出発生時に夜側で、緯度の高いスバールバルではコロナ質量放出または共回転相互作用領域発生時に昼側で、イオンの上昇する流量が顕著に増えていることがわかる。

また、夜間のイオン速度増加が起こっているときには、超高層大気中の電子とイオンの温度が共に上昇することも分かります。

このことが示唆しているのは、極域のはるか上空で、エネルギーの低い電子の下降と、電場の増大の両方が夜間に起こっていること。

さらに、コロナ質量放出発生時にトロムソで見られたイオンの上昇流量の増大は、多量の下降粒子に伴って超高層大気中のイオンの密度が増えることに起因することも分かります。

共回転相互作用領域とコロナ質量放出起源の磁気嵐の発生初日における極域イオン上昇流の特徴をまとめたイラスト。 赤点線と青点線は観測所の位置（一自転中の通り道）を示している。

このような地球大気の流出に関する基本的な性質や機構の理解は、火星や金星などの他の惑星大気が太陽風の変化に対してどのように反応するかをシミュレーションなどによって理解する研究にも貢献すると期待されています。

研究チームは今後、異なる高度での特徴を明らかにし、より低高度での調査から、重い分子イオンがいつどこで上昇しているのかを調べるそうです。


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地球には誕生直後から磁場があって大気や海を守っていた？

約45億年前の地球誕生直後から地球には磁場あった可能性が高い。
という研究成果が発表されたんですねー

この磁場のおかげで生命存在に必要な大気や海、
さらに生命そのものも守られてきたそうです。
　　衛星データから作られた“地球のバリア”
　　　　


外核の対流が磁場を形成

地球は誕生の最初の過程でマグマの海ができ、
その後に重い液体の鉄が、マグマ主成分のケイ素や酸素を取り込みながら、
中心部に集まって核（コア）を形成し、
外側には岩石成分のマントルができたとされています。

核には固体の内核と液体の外核があり、
外核が対流することで磁場ができることが分かっていました。

でも、内核と外核が分かれたのは約7億年前とされ、
45億年前にさかのぼる地球誕生の直後から磁場があったかどうかなど、
詳しいことは分かっていませんでした。

地球内部の二酸化ケイ素結晶化と対流運動。

対流と磁場は誕生直から形成

そこで今回の研究では、
地球の内部の環境と同じ高温高圧条件を作るための特殊な装置
“超高圧発生用ダイアモンドアンビル装置”を活用。

ケイ素と酸素を含む液体の鉄の変化などを、
地球内部の核に相当する気圧や温度条件の下で調査・解析しています。

その結果、地球の核の上部で二酸化ケイ素が結晶化して液体の鉄から分離。

残された液体の鉄が地球中心部に沈んで対流（組成対流）ができ、
その結果、磁場が形成されたという一連のメカニズムが分かってきました。

そして、この対流と磁場は、
地球誕生の直後から形成されていた可能性が高いことも明らかになります。


地球以外の惑星でも起こりえる

このことから想像できるのが、
地球の誕生直後から存在した磁場が太陽風を遮断して、
大気の散逸や海の水分の蒸発を防いだ可能性があること。
　　過去には酸素がたくさんあった!?　火星の大気はどう変化してきたのか
　　　　

さらに、地球表層への強い紫外線照射も防いで、
生命の陸上への進出を可能にしたことです。

最後に気になるのが、惑星誕生の直後から磁場を形成できた状況が、
地球だけの特別なものではないということです。

ほかの惑星でも起こりえる状況なら、
地球外生命が発生する可能性も高くなりますね。


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8号のバックアップとして“ひまわり9号”が11月1日に打ち上げへ

静止気象衛星“ひまわり9号”の打ち上げがJAXAと気象庁から発表されました。

打ち上げは今年の11月1日の15時20分～18時18分。
種子島宇宙センターの大型ロケット発射場から、
H-IIAロケット31号機によって打ち上げられることになります。

“ひまわり9号”は近地点高度約250キロ、
遠地点高度約3万6000キロの静止トランスファ軌道（GTO）へ投入されます。


2機の“ひまわり”

“ひまわり9号”は気象庁が開発し三菱電機が製造を行う静止気象衛星です。

いまは2014年10月に打ち上げられた“ひまわり8号”が運用されていて、
“ひまわり9号”は同じ性能を持ったバックアップ機として軌道上に配備されます。

そして、8号と9号の打ち上げは2年ほど間隔が開いているので、
その間のバックアップは7号が努めています。

打ち上げ後には8号のバックアップとして7号と代わり待機し、
2022年からは立場が入れ替わり、9号がメインで8号がバックアップに入ります。

ただ、7号は2006年に打ち上げられ、
設計寿命は10年なので、2016年のはじめには寿命を迎えるんですねー

なので、7号から9号へ無事バックアップ任務が引き継げるかが気になるところです。

ひまわり7号、8号、9号

さらに“ひまわり”は、
世界気象機関が推進する計画“世界気象監視計画”の一翼を担っていて、
世界にとっては欠かせない衛星になります。

衛星は宇宙空間で故障するとすぐに復旧が出来ません。

なので故障時にも観測が途切れないように、
もう1機を軌道上に配備しているということです。

全地球規模での気象観測“世界気象衛星観測網”

活用される観測データ

さらに“ひまわり”の観測データの提供先は日本だけではないんですねー

観測データは、アジア太平洋諸国・地域の気象機関に提供され、
現地の気象予報に役立てられています。
恩恵を受けている人は20億人以上もいるそうです。

オーストラリア連邦政府のウェブサイトでは、
“ひまわり8号”が観測したカラーの準リアルタイム画像が配信されてたりします。

Satellite Viewer（オーストラリア連邦政府）

“ひまわり8号”と“ひまわり9号”は最先端の可視赤外線射計（AHI）を搭載し、
日本周辺地域の天気予報や台風・集中豪雨、気候変動などを監視・予測し、
私たちの生活だけでなく、航空機や船舶の運用にも役立てられています。

なお、“ひまわり8号”と“ひまわり9号”からは広い観測バンドを持っているので、
（可視域3バンド、近赤外域3バンド、赤外域10バンドの計16バンド）
可視域3バンドを利用したカラー画像の撮影が可能になっています。


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地球観測衛星“センティネル3A”は“ロコット”ロケットで打ち上げ成功

ドイツとロシアのユーロコット・ローンチ・サービス社は、
日本時間の2月17日4時57分に“ロコット”ロケットを打ち上げました。

ロケットに搭載されていたのは地球観測衛星“センティネル3A”。

ロシア北西部にある
プレセーツク宇宙基地から打ち上げられたロケットは順調に飛行。
79分後には衛星を分離して、打ち上げは成功したんですねー


コペルニクス計画

“センティネル3A”はヨーロッパ宇宙機関が開発した地球観測衛星です。

欧州委員会が立ち上げた
全地球的環境・安全保障監視計画“コペルニクス”に基づいて開発された衛星で、
光学センサーを用いて地球を観測します。

欧州では、コペルニクス計画によって全地球の観測網を構築し、
継続的で自立した、信頼性の高いデータを取得して、
欧州の安全・安心を充実させようとしています。

一方で、地球環境保全や気候変動に関わる現象の理解など、
広範囲におけるミッションやサービスをカバーすることも、
目的にしているんですねー

製造はタレス・アレニア・スペースが担当。

打ち上げ時の質量は1200キロで、
高度815キロの太陽同期軌道で運用され、
設計寿命は7年が計画されています。

“ロコット”は大陸間弾道ミサイルの“UR-100N UTTH”を基に、
衛星打ち上げ機として開発されたロケットです。

弾道飛行の試験を含めると、今日までに打ち上げられたのは28機、
そのうちの2回は衛星の軌道投入失敗だそうです。


こちらの記事もどうぞ　⇒　ヴェガロケット、地球観測衛星“センティネル2A”の打ち上げに成功