成蹊大学授業資料 Ryuho Kataoka's Website Seikei Kataoka06d

科学技術 文 総合講義

科学技術 文 総合講義

地球 科学

地球 科学

岡龍峰

岡龍峰

第 ₆ 回 _{2012 5} 暻 ₂₈ 日

気予報

授業内容

授業内容

• ^{授業 ン 昚あ} ₄^暻₁₆^日

• ^{．授業 ン 昚あ}

• ^{． 陽地球環境 大地 陽系 果}

• ^{． 陽地球環境 生命 盾 陽風 地磁気 大気}

• ^{陽地球環境 生命 脅 槍 線 塵 陽紫外線}

4^暻16^日 4^暻23^日 4^暻30^日

• ^{． 陽地球環境 生命 脅 槍 線 塵 陽紫外線}

• ^{． 災害 磁気嵐 大停電}

• ^{． 災害 放射線帯 人工衛昙 害}

• ^{災害 銀河 線 陽放射線被 く}

4^暻30^日 5^暻7^日 5^暻14^日 5^暻28^日 5^暻21^{日 休講}

． 災害 銀河 線 陽放射線被 く

• ^{． 気予報 世界 気}

• ^{． 気予報 気 数値予報}

• ^{． 陽気候関係 ン 極小期 魔女狩}

5^暻28^日 6^暻4^日 6^暻18^{日 休講}

6^暻25^{日 休講}

6^暻11^日

陽気候関係 ン 極小期 魔女狩

• ^{． 陽気候関係 線雲仮説}

• ^{． 地球 暗い若い 陽 パ ッ}

• ^{． 地球 超新昙 大絶滅}

7^暻2^日 6^暻25^{日 休講}

7^暻9^日 7^暻16^日

• ^{． 地球 暗黒昙雲 雪玉地球}

• ^．

7^暻23^日

授業 内容 具合 最新 話題 合わ 適 調整

• ^{磁気嵐 大停電 放射線嵐 被 く 授}

業 要点 既 伝え

• ^{回 特 私 体験 気予報}

研究活動 中心 話題 選 紹

研究活動 中心 話題 選 紹

– ^{説明 忘 い 陽 少 詳 く}

– ^{後 気 参照 さい}

• http://www.stelab.nagoya‐u.ac.jp/ste‐

www1/naze/spaceweather/spaceweather.pdf

米民間 船 _ISS ッ ン 成功

2012 5^{暻 時代 変わ ！ 気予報 後 重要性 増 いく う}

米民間 船 _ISS ッ ン 成功

• ISS ^乗組員 26^{日 ン ハッ 開 食料 衣類 ン ュ 機器 科}

学実験用具 載物資 入 開始 ン ₂ 間 滞在

学実験用具 載物資 入 開始 ン ₂ 間 滞在

後 科学実験 成果 ハ 積 再び大気圏 突入 米

沖 洋 着水予 いう

• ^現在 NASA ^{到 独自 手段 持 米国人 飛行士}

輸送 機関 依存 い 回 ン打

輸送 機関 依存 い 回 ン打

NASA ^{重要 意味 持}

• ^ペ X ^さ 11^回 ISS ^{船 飛 計画}

http://www.cnn.co.jp/fringe/30006727.html

気予報 言え 陽！

あ い 説明 忘 い

気予報 言え 陽！

http://en.wikipedia.org/wiki/File:Solar‐cycle‐data.png

数 陽 数！

2012.5.21 ©Hiroko Miyahara

http://ja.wikipedia.org/wiki/ :Solar_eclips_1999_4.jpg

陽 不思議

陽 不思議

• corona =  ^ン語 crown

– ^{模様 模様 磁力線 磁力線}

• 100 ^{万度 超え 陽大気}

球 ₈₀₀ 度 ？

自璵電子 陽 ソン散乱

– ^球 5800 ^{度 ？}

– ^球 100 ^万分 1 ^{明 さ}

自璵電子 陽 ソン散乱

• ^陽半径 5 ^{倍付近 陽風 接続}

超音速 風 吹 出 ？

– ^{超音速 風 吹 出 ？}

– Parker,E.N. (1958) ApJ, vol. 128, pp.664‐67

絶 文系 理系 本 斉藤尚生 暼翼日輪 謎 中公新書

人間 陽信仰 文明 陽活動 謎 迫 唯一無二 作品

質量放出

CMEs = Coronal Mass Ejetions ^皆既日食 CME ^{目 見 い！}

質量放出

陽 連 放 象

• ^{陽 関連 放出 現象}

陽放射線 昚 い 陽放 線

2012 5^暻17^{日 発生}

質量放出 _CME 画像 CME ^{地球 直撃}

磁気嵐

2006 12^暻以来 GLE ^発生！ 高緯度地域 飛 い 旅客機 通常 多く被 く 能性 高い 通常 多く被 く 能性 高い

現在 調査中

陽

浮 黒点 磁場 磁場 相互作用 急激 ネ 解放 起

陽

陽系 大 爆 象

• ^{陽系最大 爆発現象}

– X ^{線 線 電磁波 電磁波 急増 急増 感知 感知}

– ^{巨大 複雑 黒点 わ 爆発}

2012 5^暻17^{日 発生} 2012 5^暻17^{日 発生} M5

陽黒点

強い磁場 浮 場所 周辺 温度 い 黒く見え 現象

陽黒点

観測 最大 黒点

http://www.universetoday.com/95232/how‐big‐are‐sunspots/

回 起 黒点

世界 気 歴代

世界 気 歴代

GO S(19 6 )

• GOES(1976‐)

– ^静止軌

– http://www.swpc.noaa.gov/rt_plots/

• ^ACE(1998 ‐)

– ^{ン ュ点} L1 ^陽風

– http://www.swpc.noaa.gov/ace/

• SOHO(1996‐)

– ^{ン ン ュ点 ュ点} L1 L1 ^{質量放出 質量放出}

– http://sohowww.nascom.nasa.gov/data/realti

me‐images.html g

静止軌

地球 場所 ₂₄時間₃₆₅日 ？ 気象衛昙

静止軌

遠心力 重力 釣 合い

遠心力

mv

Mm

 G

遠心力 重力 釣 合い

遠心力

G

r ^ r

地球半径 _6400km 重力

24^{時間 一周}

静止軌 半径 _r

2

24 3600

v _ ^ r

24^{時間 周}

24 3600 s _

2 3

_ ^{24 3600 s} _{ }

^{24 3600 s}

r 2 GM

 

 

  _  _

G = 6.67x10^‐11

4.23 10 km

r _{ }

ン ュ点 _L1

何 遮 陽 ₂₄時間₃₆₅日 ？ _SOHO

ン ュ点 _L1

Hill sphere: ^{重い 体 わ 公転 体 重力 及ぶ範} L

M

 

p

Earth 6 Sun

AU = 1.5 10 km

3

L M

M

 

 _{ } 

 

M_sun = 2x10³⁰ kg

AU  ^文単 1.5x10 km

陽 地球

地球半径 倍

陽 地球

SOHO ACE 置関係 維持

地球 一緒 公転 場所

ン ュ点_L1

地球半径 ₂₃₄倍 400 km/s ^{陽風 通過} 1^時間

小金井 あ 気予報 ン _ACE 受信 い 撮影 _{2012 3}暻₈日午後₂時半

間 気 ュ _{2010 2} 暻

間 気 ュ _{2010 2} 暻 _‐

http://www.seg.nict.go.jp/wsw/

気予報 重 い

気予報 重 い

•

– ^{わ い公式 気情報 予}

中

中

– http://aurora‐alert.nict.go.jp/

• Spaceweather com Spaceweather.com

– ^{毎日更新さ 気情報 英語}

• ^{STEREO STEREO 陽 陽 裏側 裏側}

– http://stereo.gsfc.nasa.gov/browse/

• ^{SDO SDO 静止軌 静止軌 陽画像 陽画像}

– http://sdo.gsfc.nasa.gov/data/

世界 見 日本 気予報

世界 見 日本 気予報

京大地磁気 指数

• ^{京大地磁気 ン} Dst ^指数

– ^{磁気嵐 磁気嵐 発 発 い ？}

•

http://wdc.kugi.kyoto‐u.ac.jp/dst_realtime/presentmonth/

Dst^指数 ‐250 nT ^{回 海 見 能性 高い}

日本 調 海 陸別 古屋大学 陽地球環境研究所

責任者 西谷さ

2006 夏 ぶ 中 組 立 終え 開放感！

地球 気 ？

電流 変 電離圏 _ISS高度 風 パ ン

地球 気 ？

海

http://superdarn.jhuapl.edu/rt/cnvmap/index.html ^{非常 強い 流 停電 恐}

予報 ッ

2011 5^暻公開

予報 ッ

http://aurora3d.jp/spaceweather/

気 ？

風 寒冷前線

地球 気

気 ？

地球 気

気予報 風 日本

→ ACE ^ッ 陽風

→ ACE ^ッ

放射線帯

→ GOES ^ッ 放射線帯

→ ^{京大地磁気 ン} 磁気嵐

Kataoka and Miyoshi (2006 Space Weather, updated)

放射線帯 国 会議 様子

2011 7 ^{暻 ュ ン ン}

SEP Prediction Workshop, Tokyo Tech, 2010/06/29(Tue)

陽放射線被 く予報 開発

WArning System for AVIation Exposure to SEP

CMEs CMEs

Air shower

研究 完成 前 う 感 作 い

い 応援 募集中 あ ₂ 完成 予

2006 12 13 Potential Field

陽磁場 開 具合 計算 く い速い 陽風 吹く 設

2006.12.13 Potential Field

＆ 陽風 自動計算

塩璴さ 理研 共 研究

＆ 陽風 自動計算

http://aurora3d.jp

2011 5 21

2011.5.21 2011.5.21

GONG project

http://gong.nso.edu/data/magmap/

Analytic shock (+ SEP acceleration model)

陽風 数値 ュ ョン 入力 陽磁場

全 磁気流体パ 全 磁気流体パ

間 得

→ ^予報

→  ^予報

→ ^{放射線帯予報}

→ ^{惑昙予報 ！}

質量放出 陽放射線 作 いく

数値 気予報 挑戦

最後 一連 気 最後 復習 う

数値 気予報 挑戦

Kataoka et al. 2009

第 ₂ 回小 課題

第 ₂ 回小 課題

本日 出席 仮 提出

• ^{本日 出席 仮 提出}

– ^{来 授業開始時 提出 さい}

• A4 ^{用紙 く さい}

– ^{疑問 疑問 思 思 調 調 い い 探求 探求 く く さい さい}

• ^{地球 科学 いう 忘}

– ^{必 必 参考文献 参考文献 本 本 論文 論文} HP HP ^{書く 書く}

• ^{ペ 英語 ほう 詳 い}

– ^{授業資料 授業資料 私 私 公開 公開 い い}

• http://sites.google.com/site/ryuhokataoka/

Appendix

MHD equations

MHD equations

Ideal MHD equations

Ideal MHD equations

( ) 0

t

 _

  

 ^v

Mass

Ignore

,

t P

 ^ _ ^       ^ _  

  

v v v j B j B

Momentum

Ignore 

polarization  current

( 1) ,

( 1)

U P

U U U

t ^ _{ }

       

 ^{v v} 

Energy Ideal gas

( ), 0

     t



Β v B B

Induction

B B / j j

F h SI i h

0 0

/ _ , _

 

B B j j

For the SI unit, change

Ideal MHD equations (conservation form)

Ideal MHD equations (conservation form)

0

t

0

P

 

 

     

   _{ }   

   _{ }    

v

v vv I BB

Mass conservation

Momentum conservation

( ) ( ) 0

0

e e P

t ^ _ ^ _ ^{  } _{   } ^{  } _{  } ^

  _  _  _{ }    _{  }

     

v B B v

B vB Bv

Energy conservation Induction equation

2 t

2

P P B

     

 

Induction equation

Total pressure = gas pressure + magnetic pressure

2 2

2

2 1 2

v P B

e ^

   



Total energy = kinetic energy +  Internal energy + magnetic energy

2 _ 1 2

Spherical grid

Spherical grid

 

div

_{ }

^{t  v}

div _











































^{ g}

e B

v

e B

v

e B

v

^ 



^



y T y

x T x

p B

w

p B

v

p B

u

w v u t

0

div_^ _{  }^ _





 

 



^



 ^{ }





e B v

e B

v

e B

v

^





y y

x x

y x

z T z

v B

u B

B B

p B

w w

0

div

_ ² _{ }

^



 



 ^{ }



 



 

B

e B

v







p h

z z

y y

z y

c c

w B

t B





div

_{     }

^



B B v v _

T

p h

p e t e

t

e v p ^B

2

2 ,

2 1 2

1  

 

  _ 

r r GM r

p GM

p_T ^B g ₂ ^r

2

,

2 , ^{  }



 

