太陽の磁場がまもなく反転する予定

 (space.com)
2 ポイント 投稿者 GN⁺ 2024-06-15 | 1件のコメント | WhatsAppで共有
  • 太陽の 磁場極性反転 は、約11年の太陽周期において極大期の中間を示す出来事であり、その後は活動が極小期へ向かい始める
  • 現在の太陽極大期は 2024年末〜2026年初頭 と予想されており、この時期には太陽磁場が北極・南極の区別が曖昧になるほど複雑になる
  • 反転は黒点や活動領域の磁場が極地方へ移動することで進むが、なぜそれが全体の極性転換につながるのかは、まだ完全には説明されていない
  • 磁場反転は一瞬で起こるのではなく、通常 1〜2年 にわたって進行し、太陽周期24の北極磁場ではほぼ5年かかった
  • 今回の変化は終末的な出来事ではなく、強い宇宙天気とともに現れることはあっても直接の原因ではなく、銀河宇宙線の遮蔽 には役立つ可能性がある

太陽周期における磁場反転の位置づけ

  • 太陽はまもなく 磁場反転 という重要な転換点を迎える
  • この反転は、約11年の 太陽周期 における重要な段階である
    • 極性の変化は、太陽が 太陽極大期 の中間に達したことを示す
    • その後、太陽活動は太陽極小期へ向かう転換を開始する
  • 太陽磁場は2013年末に最後に反転した
  • 現在の予測では、太陽極大期は 2024年末から2026年初頭 の間に起こると見られている

11年の太陽周期と22年のHale周期

  • 太陽活動のおよそ11年周期は太陽磁場によって導かれ、太陽表面の 黒点の頻度と強度 で測定される
  • より長い磁気周期としては、約22年の Hale周期 がある
    • この期間のあいだに太陽磁場は一度反転し、その後元の状態に戻る
  • 太陽極小期には、磁場は地球のように北極と南極を1つずつ持つ 双極子 に近い
  • 極大期に向かうほど、磁場は明確な北極・南極の分離がない複雑な状態になる
  • 極大期を過ぎて極小期に達すると、太陽は再び双極子状態に戻るが、極性は反転した状態になっている

今回の反転の向き

  • 近づいている極性変化では、北半球で北向きの磁場が南向きの磁場へ、南半球ではその逆へと変わる
  • この変化のあと、太陽の磁場の向きは地球と似たものになる
    • 地球も北半球に南向きの磁場を持っている

黒点と活動領域が反転を導く仕組み

  • 反転は、太陽表面の複雑な磁気活動領域である 黒点 によって駆動される
  • 黒点は太陽フレアやコロナ質量放出（CME）のような大規模な太陽現象を引き起こすことがある
  • 太陽赤道付近に現れる黒点は、既存の磁場の向きと一致する
  • 極地方により近い場所で形成される黒点は、新たに流入する磁場の向きと一致する
    • この規則は Haleの法則 と呼ばれる
  • 活動領域から出た磁場は極地方へ移動し、最終的に反転を引き起こす

なお解明されていないメカニズム

  • 極性反転を引き起こす正確な理由は、まだ分かっていない
  • Stanford University の太陽物理学者 Phil Scherrer は、太陽周期全体を説明する 自己無撞着のない数学モデル はまだ存在しないと見ている
  • 核心となる問いは、磁場がどこから来るのかという点につながっている
    • 黒点が多く発生するのか
    • 黒点が極地方の磁場に寄与するのか
    • 黒点の影響が局所的に相殺されるのか
  • Todd Hoeksema も、この問いにまだ答える方法が分からないと見ている

反転は瞬間ではなく長い移行

  • 太陽磁場の反転には特定の「瞬間」はない
  • この移行は、11年の太陽周期全体にわたって進む段階的な変化である
    • 双極子状態から複雑な磁場状態へ変わる
    • その後、反転した双極子状態へ戻る
  • 一般に、完全な反転には 1〜2年 かかる
  • 期間は大きく異なることがある
    • National Solar Observatory によれば、2019年12月に終わった太陽周期24では、北極磁場の反転にほぼ5年かかった
  • 変化は非常に段階的なため、地球から反転の瞬間を体感するのは難しい
  • この現象は終末の兆候ではない

地球と宇宙天気への影響

  • 最近の太陽は、強力な太陽フレアやCMEを何度も放出するほど非常に活発だった
  • この活動は地球で強い地磁気嵐を引き起こし、見事な オーロラ につながった
  • ただし、宇宙天気の強度が高まること自体が磁場反転の直接原因ではない
    • 2つの現象は同時に現れる傾向がある
  • 宇宙天気は通常、太陽極大期に最も強くなる
    • このとき太陽磁場も最も複雑な状態にある

銀河宇宙線の遮蔽効果

  • 磁場の変化には、小さいながらも概して有益な副作用もある
  • この変化は、地球を銀河 宇宙線 からよりよく守るのに役立つ可能性がある
    • 銀河宇宙線は、ほぼ光速で移動する高エネルギーの亜原子粒子である
    • 宇宙線は宇宙船を損傷させたり、地球大気の保護圏外にいる軌道上の宇宙飛行士に害を及ぼしたりする可能性がある
  • 太陽磁場が変化すると、太陽赤道から外側へ数十億マイル伸びる 電流シート が大きく波打つ形になる
  • このように歪んだ電流シートは、銀河宇宙線に対してより優れた障壁として機能する

次の太陽周期の強度予測

  • 科学者たちは、太陽磁場の反転にどれほど時間がかかるのか、そして双極子構造へどれだけ早く回復するのかを見守る予定である
  • 磁場が今後数年以内に双極子状態へ戻れば、次の11年周期は比較的活発になると予想される
  • 回復が遅ければ、次の周期は前回の 太陽周期24 のように比較的弱いものになると見込まれる

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1件のコメント

 
GN⁺ 2024-06-15
Hacker Newsのコメント
  • 興味深いことに、この現象は11年ごとに起こり、その2倍にあたる22年の Hale cycle という、より長い周期もある。
    太陽磁場はおおむね地球と極の向きがそろった双極子の状態から、反対向きで、はるかに不規則な磁場の向きへと変わる。
    地球に直接どんな影響があるのかはあまり見かけない。従来知られていたのは、黒点が時々、地球方向へのコロナ質量放出を生むという程度。最近もその影響でいくつかの出来事があったようだが、極端に深刻ではなかった。
    • これは11年の黒点周期と関係しているのか、それとも単なる偶然なのか？
    • 私の理解では、Hale cycle は2回の180°反転で完了する360°の反転だ。
      つまり11年周期では、おおむね双極子状態から不規則になり、再び双極子状態へ戻るが、このとき磁北極は反対方向を指す。次の11年周期で、磁北極はまた元の「上向き」を指すようになる。
    • 主に雲の形成に影響する。
      https://home.web.cern.ch/news/news/physics/cloud-discovers-n...
  • あまり語られない、もっと興味深い長期トレンドがある。最近数回の太陽周期は全体的に強度が低かった。極大期でも活動や黒点が少なかった。
    http://solen.info/solar/images/comparison_recent_cycles.png
    このチャートがもっと過去まで示していれば、さらに大きな周期があるのか見られたのに残念だ。ざっと見ると、今回の周期は直前の周期より少し持ち直しているように見える。
    • 数年前、太陽が Grand Solar Minimum の周期に入っており、Maunder minimumに似ていて、地球規模の寒冷化のような結果があり得る、という記事を読んだ覚えがある。
      その後、追加の研究や推測がさらにあったのかはよく分からない。
    • 同じサイトに、観測されたすべての周期をまとめたチャートがある。
      http://www.solen.info/solar/cycles1_to_present.html
  • 以前のHNスレッドによれば、1か月前に Carrington event 級のものが来る番だと思っていた（https://news.ycombinator.com/item?id=40321821）。
    今回の天文学的な磁気現象も、私たちが知る技術文明にとって脅威になるのだろうか？
    • その可能性はある。Carrington event は先月の出来事より2〜4倍強かったが、逆に現在の電力システムは昔よりはるかに回復力が高そうに見える。
  • 原文を読んでもよく把握できないのだが、これは今、太陽が solar maximum にあるという意味なのか？ そしてオーロラがより頻繁に、より強く現れる可能性があるという意味でもあるのか？
  • これは1日で起こるものではなく、5年かけて徐々に進行する。
    • でもそう書くとクリックをあまり稼げないからね……
  • 「磁場変化の副作用の一つは小さいが、おおむね有益だ。地球を銀河宇宙線から守る助けになる可能性がある。銀河宇宙線は、ほぼ光速で移動する高エネルギーの亜原子粒子で、宇宙機を損傷し、地球を守る大気圏の外を周回する宇宙飛行士に害を及ぼすことがある。」
    この内容は広告と余計な文の後、記事の終わりから3文前に埋もれていた。せっかちな人にはつらい構成だ。
    • なぜだろう？ 太陽の極が地球の極と整列して、地球磁場を補完するからなのか？
      磁極は回転し続けているように見え [1]、時には自転軸の極と合い、時には合わない。「反転」イベントは、赤道をゆっくり滑らかに通過する過程に付けられた二値分類のように見える。
      少し恥ずかしいが、以前は変化率がかなり急激に変わる階段状の現象だと思っていた。
      [1] https://www.stce.be/news/211/welcome.html
    • とはいえ興味深い問いではある。私の住む米国の地域で最近紫外線警報が多かったことと関係があるのだろうか？
  • 数年前、ロシアの科学者が書いたらしい画期的なホワイトペーパーを読んだ記憶がある。かなり説得力をもって、太陽の深部の周期が一つ、浅い部分の周期が一つという具合に、二つの周期が働いていると主張していた。
    二つの周期がどちらも最大、またはどちらも最小のときに、太陽活動の極端な値が説明できるという内容だった。
    • それはおそらく Gnevishev, M. N.; Ohl, A. I. (1948) の “On the 22-year cycle of solar activity” だと思う。76年前にロシアの学術誌 Astronomicheskii Zhurnal に初めて掲載された。
  • 私たちは本当に多くのことを知っているが、同時にあまりにも知らなさすぎる。記事にも数学的にモデルがないとあるので、研究者や学界がまだこの現象を真に理解しているとは言い難い。
    気候変動とその課題も同じで、似た性質のさまざまな分野でも、モデルが不完全だったり、ある過程を本当に理解するのに必要な大きなデータの断片がそもそも欠けていたりすることがある。
    • 物理学ではよくあることだ。あるテーマが非常に多く研究され、理論も作られ、将来の振る舞いを非常に精密に予測するモデルも作れる一方で、十分に強く、あるいは十分に精密に突いてみることができないため、根本メカニズムは確定しないまま残ることがある。
  • それで……射程はどれくらいで、どう変調すればいい？
    • 射程はすごいだろうが、私の土地に11光年の双極子アンテナを設置する計画には、市がかなり強く反発した。
      最近はアマチュア無線家として生きるのも本当に大変だ……
    • 考えさせられる。他の恒星もこういう現象を起こしそうだ。磁気極性を恒星間距離でも検出できるのだろうか？ この方法で恒星を対象に新しい天文学ができるだろうか？
      磁場反転の周期が、その恒星について、他の方法では知りにくい何かを教えてくれる可能性はあるだろうか？
  • 物理法則が単純な性質を巨大なスケールで複製する仕組みは、本当に不思議だ。
    • だとすると、極移動が気候に及ぼす影響を人々が受け入れにくい理由も気になってくる。