太陽爆発現象の防災と減災：地上望遠鏡による爆発予測方法の確立を目指して

• Project/Area Number: 18J23112
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Natural disaster / Disaster prevention science
• Research Institution: Kyoto University
• Research Fellow: 関 大吉 京都大学, 総合生存学館, 特別研究員(DC1)
• Project Period (FY): 2018-04-25 – 2021-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2020)
• Budget Amount: ¥2,200,000 (Direct Cost: ¥2,200,000); Fiscal Year 2020: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000); Fiscal Year 2019: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000); Fiscal Year 2018: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
• Keywords: 宇宙天気 / 人工衛星 / スーパーフレア / フィラメント / SDDI / フレア予測 / コロナ質量放出 / フィラメント噴出 / 太陽

Outline of Annual Research Achievements

二年次計画段階で想定していた「宇宙天気に関わりのある産業・公的セクター」を、人工衛星利用企業へと絞った。それに伴い、在外研究先を、当初予定していたCCMCではなく、University of Cambridgeとした。なぜならば、University of CambridgeのあるCambridge 市内 には、(1) 太陽物理学に精通しているDepartment of Applied Mathematics and Theoretical Physics (DAMTP)、(2) 地球周辺の放射線環境の人工衛星への影響について積極的に研究しているBritish Antarctic Survey (BAS) 、(3) 低頻度甚大被害型災害のリスク研究に明るいCentre for the Study of Existential Risk (CSER)、といった研究機関があり、災害級の太陽面爆発による人工衛星への被害研究に、最適な場所だからである。

宇宙天気の経済的影響に明るい経済学者と、BAS宇宙天気・高層大気チームと共同研究を行った結果、「極端太陽面爆発が発生した場合に、どのくらい人工衛星が喪失し、その結果どのくらいの経済的被害が発生するのか」という問いが、社会的ニーズに即した研究であると結論づけた。

共同研究の成果は、「太陽放射線（Solar Energetic Particle; SEP）の、人工衛星喪失への影響」を、疫学の手法を用いて検証した。初期成果として、二つのエネルギー帯に属する累積陽子フルーエンスの比が、人工衛星喪失に、統計的有意に関わっていることが明らかになった。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

1. 英国における長期滞在期間中に、宇宙天気災害推定の社会的ニーズを調査した結果、「極端太陽面爆発（スーパーフレア）時の人工衛星への被害推定」が未開拓であり、特に「スーパーフレアが発生した場合、どのくらいの数の人工衛星が喪失するのか」というテーマが、重要であることを明らかにした。
2. 上述のテーマに基づき、疫学の手法を用いて、「爆発に伴い発生する太陽放射線の人工衛星喪失への影響」を検証した。初期成果として、統計的有意に人工衛星喪失と相関をもつ要素（ある二つのエネルギー帯の、累積陽子フルーエンスの比）を発見した。
3. また、「スーパーフレア時に、どのくらいの数の人工衛星障害が発生するのか」という関連テーマで、スーパーフレア時には、観測史上最大の爆発の場合の、約54倍の数の人工衛星障害が発生しうることを推定した。（国際査読誌Natural Hazardsへ投稿済み）
4. さらに、関連他分野（太陽物理学）においても、地上望遠鏡で観測された太陽面爆発カタログに関する論文が、国際学術誌Sun and Geosphere に掲載受理された。そのほか、人工衛星の観測データにより推定された太陽面爆発の前兆について、国際学術誌Astrophysical Journal に投稿中である。

以上の点から、本特別研究員は期待通りに研究を進展させているものと評価する

Strategy for Future Research Activity

3 年目は、引き続きモデルの改良へ勤しむ。2 年目に得た社会ニーズを反映するような、地上望遠鏡のみを用いた爆発予測モデルの改善を行 う。なお現在、株式会社ブロードバンドタワーの根本茂氏らと協力し、氏が機械学習のプログラミング部分、申請者を含む太陽研究者達が太陽 面爆発予測スキームを担当し、太陽面爆発予測機の開発を目指している。この技術を本研究に応用することで、予測精度の改善を 期待してい る。最終的には、地上望遠鏡による太陽面爆発予測の限界を明確にし、これまでの研究成果 をまとめ、博士論文とする予定である

Research Products

• [Int'l Joint Research] University of Cambridge/British Antarctic Survey(英国)
• [Journal Article] Small-scale motions in the solar filaments as the precursors of the eruptions (2019)
  • Author(s): Seki, D., Otsuji, K., Isobe, H., Ishii, T. T., Ichimoto, K., Shibata, K.
  • Journal Title: Publications of the Astronomical Society of Japan Volume: 印刷中 Pages: 56-56
  • DOI: 10.1093/pasj/psz031
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Space Weather Prediction from the Ground: Case of CHAIN (2018)
  • Author(s): SEKI Daikichi、UeNo Satoru、Isobe Hiroaki、Otsuji Kenichi、Cabezas Denis P.、Ichimoto Kiyoshi、Shibata Kazunari、team and CHAIN
  • Journal Title: Sun and Geosphere Volume: 13 Pages: 157-161
  • DOI: 10.31401/sungeo.2018.02.06
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] Observation of Filament Eruptions for Nowcasting Geo-effective CMEs (2020)
  • Author(s): *Otsuji, K., Ishii, T. T., Seki, D., Kimura, N., Ichimoto, K.
  • Organizer: The 4th PSTEP International Symposium (PSTEP-4) and the 2nd ISEE Symposium
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Observations with Solar Dynamics Doppler Imager (SDDI) on SMART at Hida Obs., Kyoto-U. (2020)
  • Author(s): *Ishii, T. T., Otsuji, K., Seki, D., Ichimoto, K.
  • Organizer: The 4th PSTEP International Symposium (PSTEP-4) and the 2nd ISEE Symposium
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 飛騨天文台SMART/SDDIを用いた太陽フィラメント噴出の3次元軌跡とCMEとの関連における研究 (2019)
  • Author(s): *大辻賢一, 関大吉, Denis P. Cabezas, 木村なみ, 石井貴子, 浅井歩, 一本潔
  • Organizer: 日本天文学会2019年秋季年会
• [Presentation] The Probability of Satellite Anomalies by a Disastrous Solar Flare (2019)
  • Author(s): Seki, D.,
  • Organizer: JpGU 2019
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] スーパーフレア時における人工衛星被害推定 (2019)
  • Author(s): 関大吉, *磯部洋明, 寳馨
  • Organizer: 日本天文学会2019年秋季年会
• [Presentation] Fast filament eruption on 2017 April 23 detected by the Solar Dynamics Doppler Imager (SDDI) (2019)
  • Author(s): *Cabezas, D. P., Ichimoto, K., Asai, A., Otsuji, K., Ishii, T. T., UeNo, S., Seki, D., Shibata, K.
  • Organizer: Hinode-13/IPELS 2019
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Improvement of instruments and capacity-building activities under the CHAIN-project (2019)
  • Author(s): UeNo, S., Shibata, K., Ichimoto, K., Asai, A., Nagata, S., Kimura, G., Nakatani, Y., Otsuji, K., Ishii, T. T., *Seki, D., Cabezas, D. P., Ishitsuka, J. H., Ibrahim, A. A.
  • Organizer: International Space Weather Initiative Workshop 2019
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Small-scale Motions in Solar Filaments as the Precursors of Eruptions (2019)
  • Author(s): *Seki, D., Otsuji, K., Isobe, H., Ishii, T. T., Ichimoto, K., Shibata, K.
  • Organizer: International Space Weather Initiative Workshop 2019
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Statistical Analysis on the Satellite Anomalies and its Implication in the case of a Disastrous Solar Flare (2019)
  • Author(s): *Seki, D., Isobe, H., Takara, K.
  • Organizer: 16th European Space Weather Week
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Statistical Analysis on the Satellite Anomalies and its Implication in the case of a Disastrous Solar Flare (2019)
  • Author(s): *Seki, D., Isobe, H., Takara, K.
  • Organizer: University College London Institute for Risk and Disaster Reduction the 9th Annual Conference, 15
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 深層学習による画像認識を用いた太陽フレア予報システムの開発 (2018)
  • Author(s): Kihara, K., Seki, D., Nemoto, S., Asai, A., Shibata, K.
  • Organizer: Astronomical Society of Japan 2018 Autumn Annual Meeting
• [Presentation] Increasing Small-scale Motions of the Filaments as the Precursors of their Eruptions (2018)
  • Author(s): Seki, D., Otsuji, K., Isobe, H., Ishii, T. T., Ichimoto, K., Shibata, K.
  • Organizer: JpGU 2018
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 深層学習を用いたコロナ質量放出到来時間予測 (2018)
  • Author(s): Seki, D., Kihara, K., Asai, A., Shibata, K., Nemoto, S., Isobe, H.
  • Organizer: Astronomical Society of Japan 2018 Autumn Annual Meeting
• [Presentation] Increasing Small-scale Motions of the Filaments as the Precursors of their Eruptions (2018)
  • Author(s): Seki, D., Otsuji, K., Isobe, H., Ishii, T. T., Ichimoto, K., Shibata, K.
  • Organizer: 3rd PSTEP International Symposium
  • Int'l Joint Research
• [Remarks] SMART/SDDI Filament Disappearance Catalogue
  • URL: https://www.kwasan.kyoto-u.ac.jp/~seki/sddi-catalogue/