磁気嵐

磁気嵐（じきあらし、英: Magnetic-storm）とは、地磁気が通常の状態から変化し、乱れが生じること。

概要

通常は中緯度・低緯度において全世界的に地磁気が減少する現象のことを指す。

典型的な磁気嵐では地磁気は数時間から1日程度の時間をかけて減少し、その後数日かけて徐々にもとの強さまで回復していくという過程をとる。このうち地磁気が減少し磁気嵐が発達する過程を主相、回復する過程を回復相と呼ぶ。磁気嵐にともなって変化する地上の磁場は通常時の1000分の1程度だが、大規模な磁気嵐のときは通常時の100分の1程度の変化が観測される場合もある。

このような地上の磁場の変化は、主にリングカレントの発達による効果と考えられている。磁気嵐が発達するのは南向きの磁場をもった太陽風が地球磁気圏に吹きつけているときであり、リングカレントの発達に太陽風中の磁場が重要な役割を果たしているものと考えられている。

大規模な磁気嵐の多くは太陽フレアに伴ってコロナ質量放出（CME）と呼ばれるプラズマの塊が太陽から放出され、それが強い南向き磁場をともなって地球磁気圏に吹きつけた場合に発生する。このような磁気嵐はフレア発生から1～数日後に観測され、太陽フレアが太陽黒点の活動と関係していることから太陽黒点数が多い太陽の活動が活発なときに発生しやすい。

また、太陽のコロナが希薄な領域から吹き出る高速の太陽風によって弱い磁気嵐が起きる場合もある。このような磁気嵐は、太陽活動が最も活発な時期から数年経過した頃によく観測される。

地上への影響

磁気嵐の主相時は激しいオーロラ嵐も一緒に発生する場合が多く、その場合、特に高緯度地域ではその効果による激しい磁場の変化も観測される。このような磁場変化は地上の送電線などに誘導電流を作るので、まれに高緯度地域の人々の生活にも影響を及ぼすこともある。例えば1989年3月13日、太陽フレアによる強い磁気嵐が起きた際には激しいオーロラ嵐による磁場の変動が原因となってカナダのケベック州にある発電所の送電システムが障害を起こし長時間の停電が発生した^[1]（1989年3月の磁気嵐#ケベック州大停電参照）。

その他、磁気嵐が発生すると人工衛星の電子精密機器の故障、無線通信の障害などの悪影響が出る場合がある。これらを未然に防ぐため近年、磁気嵐を予測する宇宙天気予報の研究が進められている。

1988年6月、フランスからイギリスへ向けて行われた国際伝書鳩レースは、たまたま強い磁気嵐が起きている日に行われてしまったので、放たれた5000羽の鳩のうち、2日後のレース終了までにゴールに到着したのはわずか5%程度という、まれに見る悲惨な結果になってしまった^[2]。鳩の体内には磁気コンパスがそなわっており（つまり磁場で方位を感じ取る能力があり）それを用いて旅をしているようだ、とは以前から言われていたが、この事件をきっかけに学者らにより鳩の帰巣能力と鳩の磁気コンパスとの関係を検証するいくつもの実験が行われ、鳩が磁気コンパスを用いていることが証明されることになった。^[要出典] （cf.磁覚）

指標

複雑で空間的広がりを持つ地磁気の擾乱（変動）、磁気嵐の活動度を示す指数はいくつかあり、それぞれ性質が異なっている^[3]。

K指数（Kp指数）

地磁気の値から算出するのがK指数やKp指数である。地球上の観測所における地磁気擾乱の振幅を、対数的に区分された28段階で表現するのがK指数。強度が小さい順に0,0+,1-,1,1+,...,8-,8,8+,9−,9と表現される。Kp指数はサブオーロラ帯（オーロラ帯のやや赤道側）に位置する13か所の観測所におけるK指数を基に算出される。なお、Kp指数のグラフは、その形が楽譜に似ていることから、考案者であるユリウス・バーテルスの名を冠して、"Bartels musical diagram"と呼ばれる^[3]。

Dst指数など

ほぼ軸対称に分布する磁気圏内のリングカレント（環電流）の値から算出するものとして、Dst指数^{[注 1]}やSYM-H指数がある。Dst指数は比較的古くから用いられていることから、過去との比較に適している^[4]。

AE指数

上記の他に、極域オーロラジェット電流（オーロラ内を流れる電流が特に強い「ジェット気流帯」）の値から算出するAE指数^{[注 2]}がある^[3]。

NOAA宇宙天気スケール

アメリカ海洋大気庁 (NOAA)の宇宙天気予報センター（英語版） (SWPC)が行っている宇宙天気予報の中には3種の「NOAA宇宙天気スケール」^{[注 3]}があり、磁気嵐の強度を表すのは「Gスケール」である^[5]。

Gスケール^[5]
レベル	イベントの呼称	Kp指数の目安	頻度の目安（太陽活動周期=約11年毎）
G5	Extreme	Kp = 9	4回（4日間）位
G4	Severe	Kp = 8 Kp = 9-を含む場合もあり	100回（60日間）位
G3	Strong	Kp = 7	200回（130日間）位
G2	Moderate	Kp = 6	600回（360日間）位
G1	Minor	Kp = 5	1700回（900日間）位
G(None)	none

Gスケール各レベルでの影響・頻度（SWPCのWebページによる）^[5]
レベル	電力系統/宇宙機の管制/その他のシステムへの影響
G5	広域で電力の電圧制御の問題や電力保護機器の問題が発生しうる。送電網の中には、制御範囲を超えた変動が起きたり、停電に陥るところが出る可能性がある。変圧器は損傷を受ける可能性がある。宇宙機では、広範囲に及ぶ表面帯電が生じ、位置制御、アップリンク/ダウンリンク、衛星追尾に問題が発生しうる。パイプライン^{[要曖昧さ回避]}では数百アンペアに達する誘導電流が流れる。短波放送では多くの地域で1 - 2日間にわたって電波が伝搬しなくなる。衛星測位は数日にわたり精度が低下し、長波を用いた電波航法は数時間にわたり機能しなくなる。オーロラは、磁気緯度40度付近まで見える。
G4	電力系統では広い範囲で電圧制御に問題が発生する可能性があり、一部の重要な機器では、保護システムの誤作動により電力供給が遮断される可能性がある。宇宙機では表面帯電が起こったり衛星追尾に問題が生じたりする可能性がある。パイプラインでは誘導電流が流れる。短波放送では電波の伝搬が散発的になる。衛星測位は数時間の間精度が低下し、長波を用いた電波航法は障害される。オーロラは、磁気緯度45度付近まで見える。
G3	電力系統では電圧調整が必要な場合があり、一部の電力保護機器では警報の誤作動を起こす可能性がある。衛星機器では表面帯電が起こりうる。低軌道衛星では抗力が増加しうるため、軌道の補正が必要になる可能性がある。衛星測位や長波を用いた電波航法は間欠的に問題が起こる可能性がある。短波放送は途切れ途切れになる可能性がある。オーロラは、磁気緯度50度付近まで見える。
G2	高緯度地域の電力系統では、電圧異常が起こりうるほか、長期に及ぶと変圧器がダメージを被りうる。地上管制されている宇宙機は、抗力が軌道予測に影響するため、軌道の補正が必要になる可能性がある。高緯度地域の短波放送では、電波の減衰が大きくなる可能性がある。オーロラは、磁気緯度55度付近まで見える。
G1	電力系統の弱い変動が起こりうる。宇宙機の管制に僅かに影響する可能性がある。渡り・回遊をする生物はこのレベルでも影響を受ける。オーロラが見えるのは、通常のオーロラ帯（磁気緯度60 - 70度）。

NICT宇宙天気予報

日本の情報通信研究機構 (NICT)の宇宙天気情報センター (SWC)が行っている宇宙天気予報の中にはフレア予報、地磁気予報、高エネルギー粒子（プロトン現象）の予報の3種があり、それぞれ15:00(JST, UTC+9)から24時間後までの予報を行っている^[6]。地磁気予報の解説は以下の通り。

NICT宇宙天気予報地磁気予報^[6]
レベル	説明
非常に活発 (Major storm)	K指数 = 6の活動が起こると予想される。
活発 (Minor storm)	K指数 = 5の活動が起こると予想される。
やや活発 (Active)	K指数 = 4の活動が起こると予想される。
静穏 (Quiet)	K指数 = 4未満の活動が起こると予想される。

過去の主な磁気嵐

Dst指数・aa指数

Dst指数変動の大きな磁気嵐（1957年以降、NICT SWCのWebページによる）^[7]
順位	Dst最小値(n T)	年月日	太陽活動周期
1	-589	1989年3月14日	22
2	-429	1959年7月15日	19
3	-427	1957年9月13日	19
4	-426	1958年2月11日	19
5	-422	2003年11月20日	23
6	-412	2024年5月11日	25
7	-387	1967年5月26日	20
7	-387	2001年3月31日	23
9	-383	2003年10月30日	23
10	-374	2004年11月8日	23
11	-354	1991年2月9日	22
12	-350	2003年10月29日	23
13	-339	1960年11月13日	19
14	-330	1958年7月8日	19
15	-327	1960年4月1日	19
16	-325	1960年4月30日	19
17	-325	1982年7月14日	21
18	-324	1957年9月5日	19
19	-311	1981年4月13日	21
20	-307	1986年2月9日	21
21	-303	1957年9月23日	19
22	-302	1958年9月4日	19
23	-301	2000年7月16日	23

※2024年5月11日の磁気嵐は速報値^[8]。

※1859年の太陽嵐では-800nTから-1750nTだったと推定されている^[9]。

aa指数^{[注 4]}変動の大きな磁気嵐（1868年以降、NICT SWCのWebページによる）^[11]
順位	aa最小値(n T)	年月日	太陽活動周期
1	715	1989年3月14日	22
1	715	1989年3月15日	22
1	715	2003年10月29日	23
4	698	1958年7月8日	19
4	698	1959年7月15日	19
4	698	1972年8月4日	20
7	680	1921年5月14日	15
7	680	1921年5月15日	15
9	658	1872年2月4日	11
9	658	1892年2月14日	13
9	658	1903年10月31日	14
9	658	1909年9月25日	14
13	656	1928年7月8日	16
13	656	1938年1月22日	17
13	656	1938年1月25日	17
13	656	1938年4月16日	17
13	656	1941年3月1日	17
13	656	1946年3月28日	18
13	656	1946年9月22日	18

脚注

注釈

^ Disturbance storm time index
^ Auroral electrojet index
^ NOAA Space Weather Scales。Gスケールのほかに、太陽放射の嵐（太陽プロトン現象, Solar radiation storms）の強度を表すSスケール、無線通信障害（Radio blackouts）をもたらす太陽フレアX線の強度を表すRスケールがある。
^ 南北の磁気緯度50度付近、ヨーロッパとオーストラリアの2か所の観測データを基に算出される地磁気の指標で、1868年と古くから算出されている^[10]。

出典

^ NASA「The Day the Sun Brought Darkness」[1]
^ 詳しくは伝書鳩#歴史#伝書鳩の帰巣率の低下と諸要因を参照。
^ ^a ^b ^c 「徹底解説 > 地学部 > 地磁気活動度指数」、理科年表オフィシャルサイト、2023-01-25閲覧
^ 「Geomagnetic storms」、Space Weather Prediction Center of National Oceanic and Atmospheric Administration（アメリカ海洋大気庁宇宙天気予報センター）、2017年9月8日閲覧
^ ^a ^b ^c 「NOAA Space Weather Scales」、Space Weather Prediction Center of National Oceanic and Atmospheric Administration（アメリカ海洋大気庁宇宙天気予報センター）、2017年9月8日閲覧
^ ^a ^b 「宇宙天気予報」情報通信研究機構宇宙天気情報センター、2017年9月11日閲覧
^ 「1957年以降に観測された大きな地磁気嵐（Dst指数による）」、情報通信研究機構宇宙天気情報センター、2015年6月30日改訂、2017年9月11日閲覧
^ "Dst指数速報値", 地磁気世界資料センター京都, 2024年5月14日閲覧
^ "Near Miss: The Solar Superstorm of July 2012", NASA Science Beta, 2014年7月23日付、2017年9月11日閲覧
^ 「地磁気用語集」、京都大学大学院理学研究科付属地磁気世界資料解析センター竹田雅彦、2017年8月1日更新、2017年9月11日閲覧
^ 「1868年以降に観測された大きな地磁気嵐（aa指数による）」、情報通信研究機構宇宙天気情報センター、2017年9月11日閲覧

外部リンク

3-Day Geomagnetic Forecast（地磁気活動3日間予報）, Notifications Timeline, Space Weather Overview（宇宙天気概況）, Station K and A Indices（アメリカ国内観測所 K指数・A指数）, Planetary K-index(Kp指数) - NOAA Space Weather Prediction Center
宇宙天気予報 - NICT 宇宙天気情報センター
地磁気とは?, Dst指数, Kp指数, AE指数 - 京都大学大学院理学研究科附属地磁気世界資料解析センター
地球電磁気の基礎知識 - 気象庁地磁気観測所

[4] Disturbance storm time index

[6] Auroral electrojet index

[7] NOAA Space Weather Scales。Gスケールのほかに、太陽放射の嵐（太陽プロトン現象, Solar radiation storms）の強度を表すSスケール、無線通信障害（Radio blackouts）をもたらす太陽フレアX線の強度を表すRスケールがある。

[14] 南北の磁気緯度50度付近、ヨーロッパとオーストラリアの2か所の観測データを基に算出される地磁気の指標で、1868年と古くから算出されている^[10]。

[1] NASA「The Day the Sun Brought Darkness」[1]

[2] 詳しくは伝書鳩#歴史#伝書鳩の帰巣率の低下と諸要因を参照。

[理科年表-3] 「徹底解説 > 地学部 > 地磁気活動度指数」、理科年表オフィシャルサイト、2023-01-25閲覧

[5] 「Geomagnetic storms」、Space Weather Prediction Center of National Oceanic and Atmospheric Administration（アメリカ海洋大気庁宇宙天気予報センター）、2017年9月8日閲覧

[noaascales-8] 「NOAA Space Weather Scales」、Space Weather Prediction Center of National Oceanic and Atmospheric Administration（アメリカ海洋大気庁宇宙天気予報センター）、2017年9月8日閲覧

[nictfcst-9] 「宇宙天気予報」情報通信研究機構宇宙天気情報センター、2017年9月11日閲覧

[10] 「1957年以降に観測された大きな地磁気嵐（Dst指数による）」、情報通信研究機構宇宙天気情報センター、2015年6月30日改訂、2017年9月11日閲覧

[11] "Dst指数速報値", 地磁気世界資料センター京都, 2024年5月14日閲覧

[12] "Near Miss: The Solar Superstorm of July 2012", NASA Science Beta, 2014年7月23日付、2017年9月11日閲覧

[13] 「地磁気用語集」、京都大学大学院理学研究科付属地磁気世界資料解析センター竹田雅彦、2017年8月1日更新、2017年9月11日閲覧

[15] 「1868年以降に観測された大きな地磁気嵐（aa指数による）」、情報通信研究機構宇宙天気情報センター、2017年9月11日閲覧

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[2]

[3]

[注 1]

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[注 2]

[注 3]

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[6]

[7]

[8]

[9]

[注 4]

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[10]

磁気嵐

目次

概要