人間は夜空を見上げるとオーロラの素晴らしさに魅了されることがよくありますが、地球の磁場の保護傘の外では太陽活動が極めて致命的なものになる可能性があります。強力なフレアと高エネルギーの荷電粒子の噴火は、宇宙飛行士や宇宙船に致命的な脅威をもたらすのに十分です。最近、日本の沖縄科学技術大学院大学（OIST）の研究チームは、年輪中の炭素同位体の正確な測定と中世の文書記録を組み合わせることで、西暦1200年から1201年の間に起こった太陽陽子現象を特定することに成功し、過去の太陽活動を再構築し、将来の宇宙天気予報を改善するための重要な手がかりを提供しました。

いわゆる太陽陽子現象（SPE）とは、太陽が激しい爆発中に高エネルギーの陽子やその他の粒子を地球に向けて放出することを指します。これらの粒子は、光速の最大 90% 近くの速度で地球に向かって飛行する可能性があります。 1972 年、アポロ 16 号とアポロ 17 号のミッションの間に、太陽はそのような出来事を複数回経験しました。もし当時宇宙飛行士が深宇宙で任務を遂行していたとしたら、効果的な遮蔽物がなければ致死量の放射線に遭遇した可能性が高いでしょう。有人月面着陸やより広範囲にわたる有人宇宙飛行計画が議題に戻されるにつれ、そのような「突然の太陽嵐」のリスクを特定し、評価する方法がますます重要になっている。

OIST研究チームは今回、新たな「学際的証拠収集」手法を採用した。一方では、日本の本州北部、青森県の下北半島で発掘された埋没ヒノキ（アスナロ）材サンプルを選択し、その中の炭素14含有量を年々高精度に測定した。一方、研究者らは、中世の日本の貴族、藤原定家の日記「明月記」と同時期の中国史料のオーロラ記録を利用して、強い太陽活動が疑われる期間を特定し、「一致点」を調べて年輪データの異常を探した。

炭素 14 は、高エネルギー粒子が地球の大気に衝突したときに生成される放射性炭素同位体です。大気循環に伴って植物に入り込み、その年の年輪に固定されることは、その年の宇宙線や太陽活動にとって「マイナスを残す」ことに等しい。過去に科学者たちはこの方法を使用して、約 10,000 年の時間スケールで太陽活動の歴史を再構成しました。ただし、強度がわずかに低く、周波数が高い「準極端な」太陽陽子イベントを捕捉するには、非常に高い測定精度と可能な限り狭い時間探索ウィンドウの両方が必要です。

ここで歴史文書が活躍します。藤原貞武（1162～1241）は、西暦1204年2月に京都で「北の空に赤い光が現れる」のを見た、と日記に記録しています。太陽陽子現象自体はオーロラを直接生成しませんが、多くの場合、オーロラを刺激する可能性のある強い太陽活動を伴います。この記録は研究チームに重要な手がかりを提供します。これに基づいて、彼らは集中的な試験のために隣接する年の年輪サンプルを選択し、最終的に1200年の冬から1201年の春の間に炭素14の大幅な異常な増加を発見し、その時期に「準極端」強度の太陽陽子現象が発生したことを示した。

さらに年を特定して相関関係を検証するために、チームは年輪年代学と年輪気候学の技術を使用して、年輪幅と気候パターンの比較分析を通じてイベントの時間境界を精緻化しました。日本の文献に加えて、同時代の中国の歴史書にも低緯度の赤いオーロラに関する珍しい記録が残っています。これは、年輪の炭素 14 の異常によって示される期間と非常に一致しており、この太陽現象の存在をさらに裏付けています。

研究リーダーであるOIST太陽・地球環境・気候研究ユニットの宮原裕子教授は、歴史的な太陽陽子現象に関するこれまでの研究は、非常に少数の「スーパーイベント」に焦点を当てており、今回の研究の重要性は、より一般的だが明らかに有害な「サブエクストリーム」イベントを特定するための方法論的基盤を提供することであると指摘した。このような現象のエネルギーは、既知の最も極端な現象の約 10% ～ 30% です。それは地球規模の災害を引き起こすわけではありませんが、周回衛星、深宇宙ミッション、将来の月面基地の安全性に対して深刻な課題を引き起こすには十分です。

高精度の炭素 14 測定を通じて、研究チームは特定の太陽陽子現象を特定しただけでなく、西暦 1190 年から 1220 年頃までの太陽活動サイクルの詳細を再構築しました。分析の結果、現在の太陽活動周期が約11年であるのに対し、当時の太陽周期は7～8年程度と非常に活発な時期にあったことがわかっています。今回確認された太陽陽子現象は、いずれかのサイクルのピーク段階で発生した。この結果は、さまざまな期間における太陽の活動パターンを理解するための重要な証拠を提供します。

宮原教授は、炭素14のデータだけでは太陽の挙動を完全に復元するのに十分ではなく、歴史的文献にある黒点やオーロラの観測記録と相互に裏付けられる必要があると強調した。同氏は、年輪データと文献記録を包括的に比較することで、研究者は太陽活動のタイミングをより正確に再構築できるため、極端な宇宙気象現象を引き起こす条件や特徴をより深く理解できると指摘した。たとえば、再構築の結果は、この太陽陽子現象は太陽活動のピーク時に発生したが、歴史上長く続いた低緯度のオーロラのいくつかは再構築サイクルの底近くに落ちたようであることを示している。この「異常」現象は、太陽が極小期間中にさまざまなメカニズムを通じて特別な宇宙気象現象を引き起こす可能性があることを示唆しています。