a few mSv / flight during large solar flare
(worst case)
Kataoka+2011
宇宙放射線被害
・天気予報
（気象衛星）
・カーナビ
（GPS衛星）
・BS放送
（放送衛星）
一日で回復 一時間で回復
Razanov+2012 気候への固い影響
NOx
O3
太陽高エネルギー粒子によるオ ゾン層破壊（地磁気ゼロを仮定）
Sinnhuber et al. 2003
3発でも年単位でオゾン層を破壊できる。
極域に影響が出やすいのは風系による。
Simpson の絶滅指数と
McElhinny の地磁気反転指数
放散虫の絶滅と地磁気反転 (Hays 1971) Crain 1971
「プルームの冬」仮説
Isozaki 2009
MB 境界で寒冷化？
Kitaba et al. 2013
「星雲の冬」仮説
超新星や暗黒星雲に太陽系が突入し、大量の宇宙線や宇宙塵によって地球環境が激しく 変化する可能性がある。
Kataoka et al. (2013 Gondwana Research) Kataoka et al. (2013 New Astronomy)
全球凍結、大量絶滅、爆発進化、系外惑星環境の予測に貢献。 地磁気が弱まった場合？
地磁気バリア
宇宙線の多くは陽子。電荷を持っている粒子は、磁気バリアの影響を受けてカットされる。
ローレンツ力 F = q V x B
電荷
粒子の速度
磁場
今日の疑問：この地磁気バリアは、我々にとって本当に必要なのか？
バリアの形状を決める圧力バランス
• ガス圧の参考値
– 空気 10
5Pa – 成層圏 10
2Pa – オーロラ 10
-4Pa
– 実験室の真空 10
-6Pa
– 静止軌道の磁気圧 10
-8Pa – 地球での太陽風 10
-9Pa – 星間風 10
-13Pa
バランスするところで「磁気圏」
バランスするところで「太陽圏」
高さとともに指数関数的に薄まる「大気」
太陽圏が小さくなると、低エネルギーの宇宙線が桁違いに入ってくる。
Kataoka+2013
Kataoka+2013
← 地磁気が弱くなるとオゾンホールが広がる
宇宙線が増えると オゾンホールが深まる
↓
Kataoka+2013
3 つの槍と 3 つの盾
• 3 つの槍
• 宇宙線（銀河 + 太陽）
• 宇宙塵
• 紫外線
• 3 つの盾
• 太陽圏
• 地磁気
• 大気（オゾン層）
Kataoka+2013
暗黒星雲と超新星残骸
暗黒星雲 :
1-100 pc 10-100 K 100-1000 /cc 20 km/s
1% of mass is dust
Time scale is million years
(a number of magnetic excursions occur)
超新星残骸 :
10-100 pc 1-10 MK 1-10 /cc 1000 km/s
10 % of pressure is cosmic rays Time scale is thousand years
宇宙線と宇宙塵が集中する場所のガス圧は10-9Paにも達する。しかし10億年に1度の心配。
10pc 超新星の被ばく率は 1 万倍
Kataoka+2013
暗黒星雲通過中、宇宙線（ <GeV ）
1000 倍のときに、磁軸が 45 度傾いた
際 ( 磁場 10%) のオゾンホール分布
400-500 pc view (Frisch 2000) 暗黒星雲や超新星残骸への遭遇は避けられない
30 kpc x 30 kpc x 200 pc Sun at 8.5 kpc
240 km/s relative motion
~200 million year rotation 1 pc = 3d16 m
1 AU = 1.5d11 m 1 pc = 0.2 million AU
いまの天の川銀河は普通の状態
銀河スターバースト
Normal galaxy NGC4565
Starburst galaxy M82 Interaction between galaxies
M81(left) and M82 (right)
今よりずっと活動的だったことがある
スターバースト状態は 数百万年継続する。
濃い暗黒星雲や近距離超新星と頻繁に衝突する時代がある。
スターバーストの時間変化
→カンブリア爆発
→全球凍結、大量絶滅 Kataoka+2013
星形成率は一定ではない。地球史では2,3回の スターバーストが起こっていた。
全球凍結の時定数は階層的。
スターバースト銀河は億年単位で継続し、そ の間は、濃い暗黒星雲や近距離超新星との 遭遇が頻発する。
全球凍結の発生パターンを説明するのに必 要な外的要因がスターバーストと考える。
Kataoka+2013
1000-fold enhancement of sub-GeV particles
Kataoka+2013 暗黒星雲でつぶされた太陽圏で増えていく宇宙線（<GeV）
宇宙線(<GeV)が1000倍
全球オゾン破壊（地磁気反 転時）
百万年単位の全球寒 冷化
Time (Million Years)
Kataoka+2013
Kataoka+2013 超新星から出る宇宙線
Time (Thousand Years)
2 10
数千年単位の全球寒 冷化
宇宙線が1000倍
極域でのオゾン破壊 ゲノムへのダメージ
Kataoka+2013
Kataoka+2013
3 つの槍と 3 つの盾のバランス破壊
• 3 つの槍
– 宇宙線 – 宇宙塵 – 紫外線
• 3 つの盾
– 太陽圏 – 地磁気 – 大気
Kataoka+2013
いま取り組みつつあること
• 高エネルギー粒子（オーロラ、放射線帯、太 陽放射線、銀河宇宙線）による大気電離と大 気化学のシミュレーション
– NOx 観測による実証
• 高エネルギー粒子分布変動の普遍的な理解 のための磁気圏シミュレーション
– 過去（惑星の再現）、現在（極端イベントの再現）、
未来（系外惑星環境の予測）
BATSRUS to Fok RC model
1. Magnetic field mapping 2. Densities & temperatures
3. Ionospheric potential
Bounce-averaged drift motion of 1-300 keV protons
- Charge exchange with H - Adiabatic cone loss
(Fok et al., 1996) 1,2,3
one way
Kataoka et al. (2005 GRL)
[Bagenal, 1992]