The Sun Kings: The Unexpected Tragedy of Richard Carrington and the Tale of How Modern Astronomy Began
1859年9月、地球全体が巨大なガス雲に包まれ、極地から熱帯まで血のように赤いオーロラが噴出した。世界中で電信システムが壊れ、機械が燃え上がり、電気ショックで操作者が意識を失った。コンパスやその他の精密機器は、まるで巨大な磁気の拳で殴られたかのように動揺した。人々は初めて、地球が宇宙の他の部分から孤立していないことを疑い始めた。しかし、何がこのような奇妙な力を地球に与えたのか、誰も知らなかった。アマチュアのイギリス人天文学者リチャード・キャリントン以外には。
スチュアート・クラークは、キャリントンが太陽の表面で謎の爆発を観測した全貌と、太陽の磁気が地球に直接影響を与えるという彼の素晴らしい洞察が、天文学の現代的な時代を切り開いたことを初めて語る。クラーク氏は、キャリントンによる太陽フレアの発見の意義を真っ向から否定した科学者たちや、地球が宇宙からの影響を受けているという概念を証明するために彼の闘争を引き受けた科学者たちを生き生きと描き出す。クラークはまた、キャリントンの名声を失墜させ、彼を科学の最高峰から愛と悪意と復讐の最下層へと導いた、卑劣なスキャンダルについての新たな詳細も明らかにしている。
『The Sun Kings』は私たちをビクトリア朝時代のイギリスへといざない、太陽が私たちの惑星に及ぼす隠された影響について、19世紀の科学的大論争の真っただ中へと導いてくれる。
ザ・サンキングス
スチュアート・クラーク
プリンストン大学出版局
プリンストン＆オックスフォード
ニッキーへ、
一時的に夫を失った
太陽王の宮廷へ。
I’M BACK NOW.
目次
- 図版リスト
- 謝辞 xi
- PROLOGUE ドッグ・イヤーズ
- 1. 夏の最初のツバメ
- 2. ハーシェルの大いなる不条理
- 3. 磁力の十字軍
- 4. 太陽のロックステップ
- 5. 昼と夜の天文台
- 6. 完璧な太陽嵐
- 7. 太陽の掌中に
- 8. 最も偉大な賞
- 8. 悪魔のジャンプでの死
- 10 太陽の司書
- 11. 新たなフレア、新たな嵐、新たな理解
- 12 「ウェイティング・ゲーム」
- 13. 雲の間
- エピローグ マグネターの春
- 参考文献
- 索引
図版
- 2003年ハロウィン・フレアの原因となった黒点群 5
- リチャード・キャリントンの太陽フレアのスケッチ 14
- ウィリアム・ハーシェル 45
- 南アフリカのフェルトハウゼンにあるジョン・ハーシェルの20フィート望遠鏡 55
- ジョン・ハーシェル 59
- サリー州レッドヒルにあるリチャード・キャリントンの家と天文台 72
- オーロラのエングレーヴィング 85
- リヴァベローザでのウォーレン・ド・ラ・ルーと彼のチーム 106
- ウォーレン・ド・ラ・ルーの描いた皆既日食の太陽 108
- ジョージ・ビデル・エアリー 132
- E.ウォルター・モーンダー 141
- グリニッジ王立天文台 144
- ジョージ・エラリー・ヘイルの1892年7月の太陽フレアの写真 149
- アニー・モーンダーの1898年日食の写真 157
- スケッチ 157
図版に関するメモ
リチャード・キャリントンの肖像画は現存していない。彼はジョージ・エアリーに宛てた手紙に、他の9人の科学者と共に署名し、肖像画を撮影するよう英国王立天文学者に求めた。その手紙の中で、10人の紳士は全員、Messrs Maull and Polybank（55 Gravechurch Street, London）のカメラに自分自身を提出したと主張している。捜索は続く。
プロローグ
犬の年齢
犬は人間の7倍の速さで年を取ると言われている。科学の名の下、日々老いとの戦いに挑む老朽化した電子番犬の責任者たちほど、そのことを自覚している者はいない。SOHOの名で知られる太陽・太陽圏観測衛星は、150万マイル離れた、これまで宇宙船が生息することが予想された中で最も過酷な環境のひとつに配置された電子獣である。SOHOは、太陽からの光、熱、X線だけでなく、予測不可能な太陽の力によって外側に投げ出された粉砕された原子の風にも常にさらされている。
もしこの番犬が生身の動物であったなら、その猛攻撃はとうの昔に癌という死の忍び寄りを引き起こしていただろう。機械の世界では、素粒子の砲撃が宇宙船の電子器官を徐々に蝕んでいくため、それに相当するものはどうしようもない退化である。2003年までに、8年近く宇宙に滞在したSOHOは、ある種のカメラやその他の電子システムが使えなくなっていた。アンテナはまっすぐに向かなくなり、太陽光を利用して電力を得る能力は5分の1近くまで落ちた。それでもSOHOは頑張り続け、沸騰する太陽の表面を常に監視し、100年半も前の謎をいつか解明できるかもしれない手がかりを探した。そしてさらに重要なことは、地球が偶然爆発の邪魔になったときに、その爆発が私たちにどのような影響を及ぼすかということである。
太陽は太陽系の中心である。地球の直径の100倍以上ある巨大なガスの球体である。表面温度は摂氏6000度、中心温度は1000万度以上である。その重力は地球と他の惑星を軌道に導き、その暖かさは地球上の動植物にエネルギーの活力を与えている。また、心臓のように太陽は脈動している。これは目に見える動きではなく、太陽の内部から発せられ、すべての惑星を取り囲む巨大な磁気バブルが徐々に強さを増し、その後弱くなっていくのだ。約46億年前の天体にふさわしく、この磁気の鼓動が完了するまでには、それぞれ11年かそこらというのんびりとした時間がかかる。
つまり、科学者の平均的なキャリアでは、この現象は4回起こることになる。これでは、生物学者が未知の生物の心臓の鼓動を4回見るのに十分な時間観察することで、その生物のライフサイクルを推測しようとするのと同じように、太陽を理解するのは難しくなる。その結果、太陽天文学は多世代にわたる科学となっている。新しい研究者たちはそれぞれ、後に続く研究者たちのために、より精緻な観測の遺産を築こうと努力している。
その証拠がいつ必要な洞察力を提供できるほど豊富になるのか、あるいは技術がいつ最終的な鋭い観測を提供できるほど成熟するのかは、誰にもわからない。新しい世代の天文学者はそれぞれ、先人たちを駆り立てたのと同じ野心を持って研究に取り組んでいる。2003年に太陽が激しい活動に入ったとき、SOHOの天文学者たちは、自分たちの探査機が生き残ることができれば、一生に一度のチャンスを与えられたことに気づいた。
その年の10月から11月にかけて、太陽は太陽フレアと呼ばれる、太陽系で起こりうる最も強力な爆発現象に次々と見舞われた。太陽フレアは原子爆弾の威力を凌駕するもので、ハロウィーン期間中の14日間に、太陽全域で17回もの太陽フレアが発生した。それぞれが強力な「太陽地震」を引き起こし、SOHOを衰弱させる放射線で窒息させた。そのうちのいくつかは大噴火を引き起こし、何十億トンもの電気を帯びたガスが宇宙空間に噴出し、小さなSOHO宇宙船であれ地球全体であれ、邪魔なものはすべて叩き潰された。
科学者たちは、興奮と畏怖と恐怖のカクテルに満たされながら、その様子を見守っていた。通常の状況下でSOHOがどのくらい生き延びられるかは誰にもわからなかった。グリーンベルトにあるNASAゴダード宇宙飛行センター（GSFC）のオフィスで、自分たちの宇宙船が人生最悪の仕打ちを受けるのを見ながら、SOHOのマスターたちは最善を祈ることしかできなかった。
ほんの数週間前まで、沸騰する太陽の表面にはそのような活動の気配はなかった。それどころか、あまりにも静かだったので、科学者たちは太陽が周期的な休眠期に入ったのではないかと考え始めていた。その時、太陽が揺れ始めた。
SOHOは10月上旬にこの太陽の心臓の音を拾い、科学者たちはその原因を探し始めた。目に見える面には何も見つからなかったので、裏側の何かが太陽の真横に衝撃波を投げかけているのだと結論づけた。太陽のゆったりとした自転を待つしかなかった。
10月18日、彼らは太陽の東の端近くに暗くなった斑点を見つけた。最初はほとんど見えず、小さな傷程度だった。24時間後、それは地球の7倍もある醜いアザに膨れ上がっていた。それは巨大な黒点だった。黒点は時々現れるが、通常はこの怪物よりずっと小さい。黒点は、太陽の内部から磁気の結び目がはじけ、周囲のガスが冷やされ、太陽表面の他の部分に比べて暗く見えるときに発生する。東洋の天文学者たちは数千年前、太陽が薄雲や霧の向こう側を通過するときに肉眼で黒点を発見し、最初の観測を行った。
天文学者は現在、太陽黒点の上でフレアがしばしば爆発することを知っており、この特別な太陽黒点が爆発するのに時間はかからなかった。最初のハロウィーン・フレアは、10月19日に黒点上空で発生した。その爆発的な放射線は、太陽に照らされた地球側の無線通信を約1時間にわたってほぼ停止させた。この爆発にもめげず、黒点は成長を続け、太陽は揺れ続けた。そこにパズルがあった。この黒点は、科学者たちが最初に見たときにはほとんど無視できるものであった。ということは、すでに完全に形成された別の黒点が近づいているということなのだろうか？
疑惑は10月21日、SOHOが15分ごとに更新する終わりのない一連の画像の次のものを送信したときに確認された。太陽の片側で、科学者たちは太陽の東の地平線の向こう側で起こった大噴火の余波を見ることができた。この噴火は、宇宙へ向かう高温ガスの雲の形をしていた。その日のその後の画像では、同じ場所から2回目の噴出があった。別の巨大な黒点が遠くの方から回り込んできているのだろう。科学者たちは、太陽の自転に引きずられて数日以内に黒点が姿を現すだろうと推測した。
その間に、最初の巨大黒点を観察しなければならない。10月22日、太陽は再び爆発し、今度は太陽ガスの噴出を引き起こした。惑星よりも大きく、ガス状の噴出物は地獄のような粒子のカクテルを含んでおり、そのほとんどは電気を帯びていて、そのすべてが摂氏数百万度、台所のオーブンの空気の約1万倍も熱かった。膨張するガスの雲が宇宙に向かっていくのを見ながら、科学者たちはその一部が地球に接触することに気づいた。
フレアからの光やX線は、太陽から9,300万マイル（約9億3,000万キロ）の距離をわずか8分で横切るが、粒子の噴出には18時間から48時間かかる。衝突の時刻が近づくにつれ、マイケル・フォール宇宙飛行士とアレクサンダー・カレリ宇宙飛行士は、致命的な嵐から逃れるため、国際宇宙ステーションの最も厳重に遮蔽されたモジュールに身を潜めた。航空会社はパイロットに高度を下げるよう指示し、地球の大気が通常よりも高い放射線量から乗客・乗員を守ってくれることを期待した。また、太陽嵐時に最も高い放射線量を浴びやすいとされる極地からのフライトを避けた。
嵐が地球を襲う約30分前、嵐はSOHOの上空を通過し、カメラの目をくらませ、敏感な機器をショートさせる恐れのある電荷を蓄積した。SOHOは生き延びたが、すべての衛星が幸運だったわけではない。最初に電子的被害を受けたのは日本の宇宙庁の気象衛星「みどり2号」で、砲撃中に沈黙し、それ以来音沙汰がない。他の衛星も一時的に機能不全に陥ったり、シャットダウンして地上管制官からの蘇生メッセージを待った1。
地表では、スカイウォッチャーが空に輝くオーロラに気づいたものの、報告された問題はほとんどなかった。このような自然の光のショーは、太陽粒子が大気中の分子と衝突することによって引き起こされる。通常、地球の北極と南極の近くで起こり、その強さは太陽の活動を測るバロメーターとして認識されている。2003年のハロウィーンでは、オーロラの幻の輝きが何度も空を照らした。
2003年のハロウィーン・フレアの原因となった2つの黒点群。それぞれの黒点群は地球の直径の約10倍ある。(Image: NSO/AURA/ NSF/Bill Livingston)
太陽が回転するにつれて、黒点は電気を帯びた物質を次々と放出し続けた。太陽黒点は電気を帯びた物質を次々と放出し続け、そのたびに地球への直撃に近づいていった。10月26日までに、太陽黒点は地球の直径の10倍以上に成長し、過去10年間で最大となった。
太陽の東の端にある2つ目の黒点がついに姿を現し、その大きさは1つ目の黒点に匹敵するほどだった。巨大な黒点が1つ見えるだけでも驚きなのに、2つも見えるとは恐ろしいことだ。その到着を告げるように、2つ目のねじれた磁気の結び目は大規模なフレアを放ち、いくつかのラジオを停電させた。それに負けじと元の黒点も噴火した。
そしてそれは続いた。新しい日が来るたびに、新しいフレアと噴火が起こった。もはや地球が直撃されるかどうかは問題ではなく、その爆発の強さだけが問題だった。
10月28日、科学者たちの最悪の懸念は現実のものとなった。太陽黒点が地球と一直線に並ぶと、これまでで最も強力なフレアで爆発したのだ。原爆の500億倍のエネルギーが放出され、世界中でほとんど即座に通信障害が発生した。世界的な海洋緊急通報システムは40分間使用不能となり、エベレストの探検隊との連絡は途絶え、カリフォルニアの森林火災を消火する隊員は無線の不調によって妨げられた。地球より10倍遠い宇宙では、NASAの探査機カッシーニが環状惑星土星を周回していた。カッシーニもまた、フレアによって放たれた電波の爆発を受けた。
それだけでなく、フレアは巨大な太陽噴火を引き起こし、10億トンもの100万度のガスが宇宙空間に飛び出し、SOHOと地球に直撃した。これは、データに飢えていた科学者たちにとってもあまりに大きなものだった。彼らはSOHOに低電力の「セーフモード」に切り替えるよう命令し、脆弱な機器の電源を切った。この新たな噴火に直面して運用を継続することは、雷雨の中で凧揚げをするのと同じことであり、制御を維持するために糸の代わりにピアノ線を使うことになる。そこで彼らは宇宙船の目を閉じ、代わりにただ宇宙船を生かすことに集中した。
嵐が地球に到着したとき、それは猛烈なものだった。太陽フレアの影響で、噴火は秒速2,300kmという驚くべきスピードで宇宙空間に飛び出したのだ。(その結果、電気を帯びたガスはSOHOを通過してから地球に衝突するまでにわずか12分しかかからなかった。
再び、地球周回衛星の挙動が不安定になり始めた。航空会社は急遽フライトルートを変更し、スコットランド北部からハドソン湾を横切り、アラスカの下端からロシアを通る緯度線（北緯57度）より下に下がるようすべての航空機に指示した。航空管制官がこのような制限を課したため、空港では遅れが出始めた。飛行高度は25,000フィート以下に引き下げられ、厚くなった大気を突っ切るために必要な追加燃料は、すぐに数百万ドルの値札をつけた。
粒子が地球の自然な磁気のマントを打ちのめすと、不規則な電流が北の送電線に沿って押し寄せ、最終的には発電所が損傷し、スウェーデンでは5万人が停電した。アメリカでは、ニュージャージー州の2基の原子力発電所が電力サージによる損傷を恐れて停電した。かつて太陽の一部であった電気を帯びたガスが地球を襲い、磁気コンパスは前後に激しく揺れた。
嵐がやむと、黒点はまた同じような大きさの弾丸を地球に向けて発射した。実際、10月から11月にかけて、フレアと噴火が繰り返し地球を混乱させた。この間、無線通信はあてにならず、衛星テレビの受信は不安定になり、一部の国では携帯電話が使えなくなり、全地球測位システム（GPS）は不正確な数値を示した。ゴダード宇宙飛行センター中に噂が広まるにつれ、関係のない職員が毎日のようにSOHOのオフィスに出向き、宇宙船と地球への恐ろしい攻撃の両方の進捗状況を確認した。
やがて、最初の黒点が太陽の西の端の視界から消え、2番目の黒点だけが見えるようになると、状況は静まり返った。その頃、カメラマンのエド・ハリマンは、8カ月前の戦争についてのドキュメンタリーの一部として、戦争で荒廃したバグダッドに沈む太陽の写真を撮った。彼の写真は、敗戦の街に漂う煙と汚染の向こうに沈む太陽を捉えていた。テープを再生したとき、彼は太陽の顔に、そのときは気づかなかった何かを見た。それは2つ目の巨大な黒点で、太陽の表面にはっきりと見えた。SOHOは残りの黒点も見続けた。黒点は太陽の表面を横切り、裏側に戻っていった。しかし、まだ大きな驚きが待っていた。
11月4日、探査機は再びこの黒点の上空から太陽フレアが噴出し、大量の太陽物質が宇宙空間に放出されるのを目撃した。いくつかの探査機のX線モニターは上昇し、ついにはオーバーロードしてしまった。この太陽フレアの発生を即座に数字で示すことはできなかったが、待機していた科学者たちはひとつのことを確信した。観測装置が飽和する前に収集されたデータで作業していたとき、その数値はあまりに乱暴に思えた。しかし、二重、三重にチェックした結果、このフレアは、前の週に大混乱を引き起こしたフレアの少なくとも2倍は強力であるという事実から逃れることはできなかった。
天文学者たちは噴火を追跡し、息をのんだ。もしこれが地球に直撃すれば、人工衛星や発電所、その他の技術に計り知れない被害が及ぶだろう。高高度の旅客機内の放射線レベルは極端なレベルに達するかもしれない。
ありがたいことに、爆発は太陽の地平線上で起こったため、地球には向かず、噴火は深宇宙へと向かっていった。地球は比較的軽微な混乱で済んだ。
この幸運に満足することはできない。誰も賢いことをしたわけでも、英雄的なことをしたわけでもなく、単に幸運な脱出だったのだ。その後の数週間から数ヶ月の間、多くの人々が、もしこのような巨大な太陽嵐がその全力を地球に向けていたらどうなっていただろうかと考えた。
その答えは、約150年前の歴史的記録に埋もれていた……。
1 多くの場合、太陽嵐によって宇宙船のナビゲーション装置が一時的に見えなくなったからである。スター・トラッカーと呼ばれる小さなカメラが星を監視し、宇宙船がどの方向を向いているかを知ることができる。スター・トラッカーを切ってしまうと、宇宙船は方向がわからなくなってしまう。知覚したバランスの問題を修正するために全方向にスラスターを噴射することから宇宙船を守るため、宇宙船は意識を失い、危険が去ったときに地球からのモーニングコールを待つ。
12. ウェイティング・ゲーム
ウィリアム・エリスは1852年、ダラム天文台でキャリントンの後任として科学者としてのキャリアをスタートさせた。彼はグリニッジでマウンダーの同僚として、磁気学と気象学の部門を監督した。そのため、彼は日々の磁気記録を記録する責任者であった。彼が唯一誤った行動をとったのは、近くの発電所を訪れ、知らず知らずのうちに傘を磁化して戻ってきた日だった。毎日午前9時から午後3時の間に起こる磁針の特異な偏向について、彼のスタッフは1週間困惑した。
マウンダーが磁気嵐が特定の黒点からランダムな方向に発生するという証拠を準備していたとき、エリスはある屈辱的な意味を悟った。地球は地表から見ると大きく見えるが、実は宇宙空間では小さな標的なのだ。太陽の磁気嵐のほとんどは、地球を完全に取り逃がしているに違いない。地上の観測者は、鍵穴から覗きながら、その向こうの部屋を描写しようとしていたのだ。1904年、引退を間近に控えたエリスは王立天文学会の前に立ち、大声でこう願った： 「もし我々が太陽系の他の惑星のいくつかに天文台を設置し、そこと交信することができたら、我々を取り囲む力の作用に関する我々の知識はどれほど広がることだろう」
それから約1世紀後、天文学者たちは2003年のハロウィーン・フレアの際にこれを効果的に達成した。磁気観測装置は、実際には惑星表面ではなく、ロボット探査機に乗って宇宙を航海していた。太陽が全方位に猛威を振るう中、別々の探査機はできる限りのことを記録した。
2003年10月29日、巨大なガス雲が地球を横切った後、太陽はさらに前進した。地球よりも太陽から1.5倍遠い火星に遭遇し、その怒りはほとんど衰えなかった。赤い惑星の軌道上にはNASAの火星探査機マーズ・オデッセイがいた。火星をマッピングし、宇宙飛行士が火星を訪れる際に耐えなければならない放射線レベルを測定していた。電気を帯びた雲が火星とその周回軌道上の訪問者を飲み込むと、放射線モニターは、測定するために設計された現象そのものによって過負荷を受け、燃え尽きた。マーズ・オデッセイに搭載された他の観測機器は、爆風が火星の大気を破壊寸前まで変形させ、大きな塊が引きちぎられ、深宇宙の忘却の彼方へと運ばれていくのを目撃した。驚いた科学者たちは、地球が本来持っている磁気のマントが、同じような攻撃から大気を救った唯一のものであることに気づいた。
その2週間の太陽噴火の1つが、地球より5倍も遠く、全く異なる方向にある巨大惑星木星を襲った。木星ではオーロラが発生し、巨大な磁気嵐が1週間にわたって宇宙空間に怒りの電波を吹き込んだ。ヨーロッパとアメリカの共同探査機ユリシーズは、木星の実質的な重力を利用して木星を太陽に向かって押し戻し、これらの電波の全力をキャッチした。ミニバスサイズのカッシーニ探査機は、太陽から10倍も遠く、地球とはまた別の方向にある美しい環状の惑星、土星に近づいたとき、同様の磁気現象を記録した。
惑星を置き去りにして、ガスの噴出は太陽系の深部へと向かい、次第に広がりながら弱まっていった。しかし、科学者たちが嵐の最後を聞いたと思ったら大間違いだった。2004年4月、かつて太陽の一部だった雲が、老朽化した探査機ボイジャー2号に追いついたのだ。1980年代、ボイジャー2号は木星、土星、天王星、海王星を初めてクローズアップして世界に見せた。今、ボイジャー2号は70億マイルの彼方にあり、惑星との遭遇で得た速度のために帰還することができなかった。ボイジャー2号に押し寄せた衝撃波は、強度は弱まったものの依然として強力であり、天文学者たちは、ボイジャー2号が太陽系の果てに到達したとき、大きな影響を及ぼすであろうことを悟っていた。
地球に磁気のマントがあるように、太陽にも磁気のマントがある。太陽の磁場は惑星を超え、総距離約120億マイルにまで広がっている。ハロウィーンストームが運ぶエネルギーは、太陽の磁気バブルを強化し、さらに4億マイルも拡大することになる。
この現実は、銀河系を考える上で驚異的な新しい方法を提示した。太陽の磁場の向こうには、他の星々の磁気の影響がある。もはや深宇宙は、黒い海に浮かぶ明るい島のように、個々の星が広く散らばる領域ではない。今、深宇宙は広大な磁場の領域であり、それぞれが恒星を中心とし、恒星の磁気の鼓動に合わせて脈動している。
驚くべきことに、この銀河系の新しい景色を明らかにした宇宙船は、磁気嵐を理解できるようにしたのと同じ革命によって可能になった技術に頼っていた。それは、数学者ジョセフ・ラーモアとケンブリッジの素粒子実験者によって始められたものだった。彼らは極小の世界を覗き、そこに粒子が集まって原子を作っていることを発見した。原子の中心には陽子と中性子という重い粒子の集まりがある。陽子は正の電荷を持ち、中性子は電荷を持たない。J.J.トムソンの電子は負の電荷を持ち、原子を構成する最も軽い粒子で、原子核の周りを回っている。
このミクロ以下の世界の振る舞いは、1920年代にヨーロッパの物理学者たちによって開発された一連の数学的方程式によって最終的に記述され、量子論と呼ばれるようになった。これは物理学の見方を根本的に変えるものだった。量子論は、力を場として知られる3次元の体積として大規模に可視化し、はぐれた物体を移動させることができるようにする代わりに、力を粒子上に少しずつ運ぶものとして記述した。これらの粒子が衝突することで、力が物体間で伝達されるのである。
量子論を採用することで、マウンダーと同時代の人々が想像していた磁気のビームが理解できるようになった。それは、砕かれた原子の雲であり、それぞれの粒子は小さな電荷を帯びていて、それが地球の磁場にぶつかり、磁場を乱すのである。このような粒子は、太陽フレアのたびに何兆個も放出され、何百億トンもの物質に相当する。
量子論に基づいた電子の操作に実験者たちがますます習熟するにつれ、マイクロエレクトロニクス技術が誕生した。これがコンピューター革命へとつながり、現在では科学的探究のあらゆる部分に浸透し、特にロボット探査機による宇宙探査に役立っている。
宇宙探査機の技術を自由に使えるようになったことで、天文学者は太陽と惑星との相互作用の真相を知るようになり、宇宙天気と呼ばれるエキゾチックなプロセスの理解において大きな進歩を遂げた。現在のところ、皆既日食の際に見える太陽の青白い外側の大気は、数百万℃のガスで構成されていることがわかっている。この温度は原子から電子を剥ぎ取り、電気と磁気を変化させた煮えたぎるような塊を残し、絶えずあらゆる方向に宇宙空間に吹き出している。このコロナ物質の外向きの流れは太陽風として知られ、太陽系を取り囲む磁気の泡を作り出すエネルギーを運んでいる。
黒点極小期には、太陽は太陽風を四方八方に安定した速度で宇宙空間に送り出す。黒点極大期には、太陽風は突風となり、粒子のビームが高速で宇宙空間に流れ出す。アニー・モーンダーは1898年のインド日食でこのビームを撮影した。コンパスの針の日周変動が黒点と同期して動くのは、太陽風の強さによるものだ。太陽活動極大時には、太陽風は乱れながら太陽から離れ、地球の磁気の測定値をより歪める。太陽風がより均一になる太陽活動極小期では、日々の変動も静かになる。
継続的な太陽風以外にも、太陽フレアはコロナ粒子の巨大な噴出を引き起こすことがある。コロナ質量放出として知られるこの噴出現象は、1860年の日食観測者の多くが見たものであることはほぼ間違いない。しかし、彼らは 「正常な」コロナがどのように見えるかを知らなかったため、この出来事の重要性を認識できなかった。信頼できる記録が残され、比較されるようになったのは、ウォーレン・デ・ラ・ルーが日食写真の撮影に成功してからのことである。やがて、黒点極大の前後は常にコロナが乱れていることがわかった。太陽フレアとそれに伴うコロナ質量放出は、地球の磁気嵐の原因である。
SOHOや他の探査機の高性能な観測装置のおかげで、天文学者はキャリントンのフレアを取り巻く劇的な出来事をようやく再現できるようになった。マウンダーが推論し、ヘールが測定したように、黒点は太陽上の磁気的に活発な領域の目に見える現れに過ぎない。太陽の中で電気を帯びたガスが動くことで、磁気のループがきつく絞られ、それが毛糸のセーターの糸を引っ張るように太陽面を突き抜けてはじけることで黒点が形成される。ループのふもとでは、磁気によってガスが冷やされ、周囲の表面ガスよりも暗くなる。磁気ループが強力であればあるほど、スポットは大きく、暗くなる。キャリントンとマウンダーが複雑な黒点群の発生を見ていたとき、彼らは実際に磁気ループの集合を目撃していた。太陽の表面で磁気ループが破裂すればするほど、黒点群はよりいびつに見える。磁気ループは、その近傍の太陽ガスの動きによって緩衝され、白熱する太陽表面の上空数千キロをよたよたと動き回り、より小さく安定した構成に崩壊するまで互いにねじれ合う。これが起こると、磁気ループから100万個の原子爆弾のエネルギーが放出され、太陽フレアとして宇宙空間に爆発する。
太陽フレアからの放射線が太陽と地球の間の9,300万マイルの宇宙空間を横切るには、わずか8分しかかからない。エネルギーのほとんどはX線の奔流となって運ばれるが、非常に大きなフレアでは、エネルギーのごく一部が可視光線として放出されることもある。これが1859年9月1日に起こったことであり、黒点の上空に燦然と輝く白い光の斑点が現れたとき、キャリントンを驚かせた。キャリントンには見えなかったが、フレアのパワーの大部分を担っていたX線も地球に衝突していた。X線は大気中の粒子を帯電させ、地球の大気最表層の電気的、磁気的特性を変化させた。X線が白色光と全く同じ時刻に到達したため、キャリントンの観測とキューでの観測のタイミングは一致した。
この最初の衝突は数分で過ぎ去り、キュー観測所は再び落ち着きを取り戻した。嵐の前の小康状態であった。太陽フレアが太陽の外側の大気を裂いたとき、フレアは帯電した粒子の広大な雲を巻き込み、コロナ質量放出を開始した。その後数時間の間に、100億トンの電子と陽子が太陽の外気から放出され、地球と直接衝突するコースに置かれた。秒速1,500マイル以上という驚異的なスピードではあったが、光やX線よりもゆっくりと移動した粒子の雲は、約17時間半後まで地球に衝突しなかった。この衝突によって、前例のないオーロラや磁気嵐が発生し、電信システムに電流が流れた。そして半日後、通過した雲は地球を後にした。
コロナ質量放出（CME）は、1970年代に宇宙望遠鏡と人工衛星が継続的に太陽を監視するようになってから、明確に特定された。黒点が最小の時期には、おそらく毎週1回、太陽のどこかでCMEが発生している。太陽周期の最大活動期には、1日に2-3個に増える。特に複雑な黒点群からは 2003年のハロウィーンストームで証明されたように、フレアとコロナ質量放出がほとんど連続的に起こることがある。
21世紀の最初の数年間、NASAジェット推進研究所のブルース・ツルタニ博士は、キャリントン磁気嵐がどれほど強力なものであったかを不思議に思っていた。20世紀後半の数十年間、人工衛星やその他の宇宙気象機器は、恐ろしく大きな嵐を何度も記録してきた。しかし、そのどれもが、キャリントンで報告されたほどのオーロラを地球規模で発生させたことはなかった。鶴谷は、キャリントンのオーロラはその中で最大だったのだろうかと考えた。
熱帯の緯度帯で目撃された前例のないオーロラは、特にそれを物語っていた。しかし、嵐の威力を明確に証明することは不可能に思えた。鶴谷はその答えを探すために、他にも11の大きな嵐を発見したが、悔しいことに、キャリントン現象について語られるときはいつも、ケーウェーの測定値が使われた。
近代的な装置で記録された最初の巨大なフレアと磁気嵐は、1972年8月、アポロ月面着陸の衰退期に起こった。アポロ計画の最終ミッションは4月27日に地球に帰還し、アポロ17号の打ち上げ準備が進められていた。太陽の極大期は終わり、黒点の数は減少していたが、太陽にはこのサイクルの最後の驚きが残されていた。8月4日、太陽フレアがコロナ質量放出を引き起こし、数百億トンの太陽粒子が宇宙空間に飛び散った。宇宙船に搭載された観測機器は粒子の雨を記録し、驚くべき数の粒子を地球に返した。嵐が猛威を振るった1時間ごとに、地球を取り巻く宇宙空間は、地上の放射線作業員用に設定された年間放射線限度の9倍の放射線に包まれた。嵐は15時間半続いた。もし宇宙飛行士が月面や飛行中にいたなら、嵐の最初の10時間以内に致死量の放射線を浴びただろう。
次のスーパーフレアは1989年3月13日に発生した。この時は太陽活動極大期の前触れであった。その結果、地球の磁場が揺さぶられ、地球の送電線に大きな電流サージが発生したため、カナダのハイドロ・ケベックの送電網の制御者は発電設備を守るために奔走した。午後2時44分、太陽嵐は非常に強力に急増し、彼らの努力は失敗に終わり、ケベック州全体で600万人が9時間以上停電した。これは、北米大陸全域で発生した数多くの同様の発電所の緊急事態のひとつに過ぎず、このサイクルの間に約1億ドルの修理代に貢献した。
キャリントンの研究中、鶴谷は学会でインドを訪れた。インド地磁気研究所のグルバックス・ラキナ教授と同席した。夕食を共にしながらお互いの研究について語り合い、鶴谷はキャリントン事象の決定的な読みが見つからないことへの不満を口にした。翌日、ラキナは研究所のアーカイブから革表紙の本を出してきた。その本には、貴重なデータが書かれた図がぎっしりと詰まっていた。
インド地磁気研究所は1826年、ボンベイにあるコラバ天文台として誕生した。東インド会社によって設立されたこの天文台は、航海を支援するための天文学的測定と計時を提供するものであったが、1840年代初頭の磁気十字軍の時代にエドワード・サビーンによって磁気観測所のひとつに格上げされた。1859年までに磁気十字軍の資金は途絶えていたが、地元の関係者が磁気観測を続けていた。彼らはグリニッジやキューに数十年遅れをとった装置を使用したが、正確さと勤勉さをもって運用していた。連続的に記録される写真ドラムの代わりに、何フィートも離れた絹糸に吊るされた磁石のねじれを観察する小さな望遠鏡を覗きながら、オペレーターが手作業で測定値を取っていた。ラキナは、測定値が記録されたオリジナルの台帳を発見した。
その台帳を見ると、長い間亡くなっていた作業員たちが、1時間おきに測定を行っていたことがわかった。9月2日の早朝もそうだった。午前10時、その測定値は、磁石が攪拌され、劇的な何かが起こっていることを示していた。オペレーターたちは15分おき、そして嵐が激しくなり始めると5分おきに測定値を上げた。望遠鏡で目を細めながら、彼らはその日の残りの時間、夜、そして9月3日の夕方まで嵐を追跡し、状況が正常に戻るにつれて読み取り間隔を広げた。彼らの観測結果は、鶴谷が今見ている本に書き写された。
彼に関する限り、重要な測定値は午前11時30分頃に測定されたものだった。最も重要なことは、その数値がスケールから外れていなかったことである。JPLに戻った鶴谷と彼の同僚たちは、コンピューター・モデルに数値を入力し始め、キャリントン現象についての真実を発見した。1859年の磁気嵐は、1989年の磁気嵐よりも3倍ほど強烈で、1972年の磁気嵐にも勝っていた。2003年のハロウィーンの磁気嵐は比較的穏やかで、キャリントン現象より5倍も強かった。
キャリントンはまさに完璧な太陽嵐だったのである。鶴谷の研究結果が広まるにつれ、1859年の現象に再び興味を持つ研究者が増えていった。華やかなオーロラが彼らの関心を引いたのは、多くの報告が光の赤さに言及していたからである。目撃者たちは、「黒い地に炎で描かれたような千の幻想的な図形」や、「家々の屋根や木の葉が血にまみれているように見えるほど鮮やかな赤い光」を放つオーロラについて語った。研究者たちは、これが本当に巨大な磁気嵐の特徴であり、大量の電子が大気圏の125～312マイル上空の酸素原子に衝突することによって引き起こされることを知っていた。その後、嵐が進行するにつれて、電子は大気の奥深くへと進み、ぶつかった酸素原子から緑色の光を取り出す。
キャリントンほど大きな嵐では、より重い陽子にも役割がある。陽子は通常、地球の磁気シールドによってそれるが、強力な嵐では電子と一緒に大気中に追いやられる。いったん大気圏に突入すると、人間の目には見えないが、化学反応を引き起こす紫外線オーロラを引き起こす。プロトン嵐は硝酸塩の形成を誘発し、これらの重い分子は大気を通って地上に沈む。しかし、ごく一部の硝酸塩は北極や南極に落下し、別の運命をたどる。それらは仮死状態で氷の中に閉じ込められ、その上に雪の層が積み重なっていくのだ。
マサチューセッツ州ベッドフォードにある空軍研究所のマーガレット・シア博士によれば、キャリントンのフレアの後、オーロラが地球を覆い尽くしたスピードは、フレアが地球の大気にプロトンを送り込むのに十分なパンチがあったことを物語っている。つまり、フレアは硝酸塩の化学反応を促進し、極地の氷床にその証拠を閉じ込めたのである。
極地の科学者たちは、氷床コアの抽出と分析を完璧なものにし、その中に閉じ込められた地球大気の小さな泡を研究できるようにしてきた。氷床は非常に深いため、科学者たちは何世紀も遡って、産業革命時の大気汚染の蓄積などの気候条件をモニターすることができる。シアは、このような氷床コアの硝酸塩も測定されているはずだと考えていた。彼女は全米の学者からなるチームを結成し、1992年にグリーンランドで採取された氷床コアからデータを得た。その円筒形のコアは、採取された時点で人の上腕ほどの太さがあり、廊下ほどの長さがあった。氷は1561年から1950年までの期間にわたっていた。氷はまず扱いやすい長さに切断され、次に各断片が温かい皿の上に直立させられ、採取した水を硝酸塩分析できるように溶かされた。
このデータから、シアの研究チームは70の主要な硝酸塩の沈殿物を発見した。そのひとつひとつが、氷床コアが記録した389年間の太陽フレアに由来するものだった。また、1950年以降の衛星による測定データを使って、さらに8つの太陽フレアを発見した。これら78の太陽フレアのひとつひとつが、地球の大気の1平方センチメートルあたり20億個の陽子を通過させたのである。管理可能なデータセットに数を減らすため、チームは1972年8月のスーパーフレアを基準点とした。その結果、地球大気の1平方センチメートルに50億個以上のプロトンを放出したスーパーフレアが19個残った。この19個のうち、1個は基準点の4倍の大きさでそびえ立っていた。このモンスター・ストームが地球に襲来した時期を計算したところ、1859年の秋と判明した。こストームの間に、200億個という驚異的なプロトンが地球の大気を1平方センチメートル残らずサンドブラスト（砂吹き）にしてしまったのだ。
2004年、カナダ地球物理学連合とアメリカ地球物理学連合の合同会議がモントリオールで開催された。さまざまな関心を持つ何百人もの科学者が集まったが、会議の主催者は 2003年のハロウィーンストームを踏まえて、そのうちの何十人かが1859年の出来事に関する新しい調査を発表したいと望んでいることに気づいた。週間にわたる会議のうち、1日半がこの議論にあてられた。
完璧な太陽嵐に必要な4つの要素とは、(1) フレアによって引き起こされるコロナ質量放出が高速で移動していること、(2) 地球にまっすぐ向けられていること、(3) 広がる長寿命ストームではなく強烈であること、そして最後に(4) コロナ質量放出によって運ばれる磁場が地球と正反対の方向にあること、である。キャリントンストームはこれらの点をすべて満たしていたが、他ストームはすべて少なくとも1つの点で失敗している。例えば、ハロウィーン・フレアは、磁場が正しくアライメントしていなかったため、他の方法では起こりうるほどの被害を出すことができなかった。このことから科学者たちは、もしキャリントン級の現象が今日地球を直撃したらどうなるだろうと考えた。マサチューセッツ州にある空軍研究所のエドワード・クライバーは、電気的に敏感な技術への依存度が高い現在、これを 「最悪のシナリオ」と表現した。
そのような事象が今日の地球を飲み込んだ場合、まず無線や電話による通信が広範囲に混乱することが予想される。上層大気の電化は電波に依存する通信を阻害し、携帯電話も影響を受ける可能性がある。
発電所は、磁気嵐が送電線に誘導する巨大な電流によって深刻な危険にさらされるだろう。無防備な発電所では、これらの電流が変圧器を溶かし、都市を停電させ、高齢者や病人を危険にさらすだろう。石油パイプラインは、電流を給油所に運び、その繊細な機器も危険にさらすだろう。
人工衛星の被害も甚大だ。電子や陽子によって運ばれる電荷は、私たちの技術的な宇宙航海者の心をオーバーロードさせ、ショートさせ、GPSナビゲーションなどのシステムを危険にさらすだろう。たとえ電気が宇宙船を破壊しなかったとしても、ソーラーパネルの侵食によって利用可能な電力は減少するだろう。地球の大気の加熱は、大気の膨張を引き起こし、低軌道の衛星を引きずり下ろすだろう。1989年3月ストームは、1000以上の地球周回衛星に測定可能な影響を与えた。
国際宇宙ステーションの宇宙飛行士の健康は、1972年8月のスーパーフレアによる極端な放射線量によって証明されたように、天秤にかけられるかもしれない。もっと身近なところでは、航空会社はフライトのルートを変更し、極地から引き離し、高度を下げて厚い低層大気に埋め込もうと躍起になるだろう。このような対策がなければ、乗客は1回のフライトで胸部X線を10回以上浴びることになる。
だからこそ、由緒ある番犬SOHOのような、差し迫った危険を監視し警告してくれる宇宙船が不可欠なのだ。太陽フレアの噴出が確認されたときに、15時間から30時間前に嵐の到来を警告するだけでなく、SOHOを利用する科学者たちは、太陽について十分に理解したと感じ始めており、長期予報を発表し始めている。
2006年、太陽は太陽周期の休止期に入った。月の28日間のうち21日間、太陽にはスポットがなかった。この間、コロラド州ボルダーにあるアメリカ国立大気研究センターの科学者たちは、SOHOのデータを使って、次の太陽極大期は過去50年、もしかしたら過去400年で最も活発な太陽になるだろうと予測した。科学者たちは、太陽内部でガスが移動する様子をコンピューターでシミュレーションした。SOHOは、表面付近から物質をかすめ取り、太陽の内部深くまで引きずり込む、ガスの広大な「ベルトコンベア」を発見した。ガスの循環速度にもよるが、内部を通過するには数十年かかる。これにより、太陽黒点であった瀕死の磁場領域が水没し、ゆっくりと若返るようだ。その後、磁場領域は再び表面に浮上し、新世代の黒点として生まれ変わる。
マウスミ・ディクパティ博士の研究チームは、過去80年間のデータを使ってコンピューター・シミュレーションを行い、その間の太陽活動極大の規模を説明することに成功した。自信を深めた彼らは、2010年から2012年の間に始まると予想される、来るべき太陽活動極大期に向けてプログラムを実行した。その結果 2003年から2004年にかけての極大期よりも30%から50%高い活動が予測された。
このような現象が人類とそのテクノロジーに与えるかもしれないダメージにとどまらず、太陽が地球の気象システムに与える影響について再考しようとする科学者も出てきている。太陽黒点と小麦の価格に関するウィリアム・ハーシェルの考えは、結局のところ、それほど馬鹿げてはいないようだ。
13. 雲の部屋
ウィリアム・ハーシェルが王立協会会員に太陽黒点と地球の気候の関連性を調査するよう呼びかけてから200年後、2人のイスラエルの科学者がまさにその調査を行っていた。テルアビブにあるイスラエル宇宙線センターのレフ・A・プスティルニク博士とカズリンにあるゴラン研究所のグレゴリー・ヨム・ディン博士は、ハーシェルの考えを再評価するために最新の統計的手法を用いた。2003年の分析の終わりに、彼らは天文学の偉大な巨匠は結局正しかったと結論づけた：17世紀のイギリスの小麦価格と太陽活動には関連があるようだ。小麦の価格は極大期よりも極小期の方が高く、極小期の方が極大期よりも栽培が難しかったことを意味している。このため小麦は相対的に不足し、価格が高騰した。
ハーシェルは当時、これらの関連性を誰にも納得させることができず、その努力のために喝采を浴びたが、プスティルニクとヨムディンは、これが天王星や赤外線と並ぶ、天文学の巨匠の3番目の偉大な科学的発見であることを示した。
太陽黒点と気候との関連性を示唆する提案は、太陽の磁気活動が地球の大気圏の気象層に輸送されるメカニズムを誰も思いつかなかったという事実によって、常に妨げられてきた。最も明白なアイデアは、太陽がその明るさを変化させるというものだった。しかし、ジョン・ハーシェルらが1800年代半ばに太陽のエネルギーを測定する装置を開発して以来、天文学者は太陽からの光が太陽周期を通じてほぼ一定であることを示す証拠を集めてきた。
ここ数十年、さまざまな宇宙船が軌道上から永久監視を続け、太陽の明るさが黒点の極大と極小の間でわずか0.1%しか変化しないことを明確に測定してきた。同じ大きさの日変化や週変化も起こり、個々の黒点の出入りと関連している。しかし、ほとんどの科学者は、太陽のエネルギー出力がわずか0.1%変化するだけで、地球の気候に実際の変動が生じるとは考えにくいと考えている。ところが1997年、太陽が地球の気候に影響を与えるもっともらしいメカニズムが明らかになった。それは太陽光とは無関係で、1852年にエドワード・サビーンが発表した「地球の磁石は太陽周期によって変化する」という発表と不気味に共鳴するものだった。
デンマーク気象研究所のヘンリック・スヴェンスマルク博士とエイギル・フリス・クリステンセン博士は、1979年4月から1992年12月までの様々な気象衛星の記録を分析することで、地球の雲量が太陽周期と関連していることが知られている現象と同期して変化していることを明らかにした。彼らはこの発見を 「太陽と気候の関係におけるミッシングリンク」と呼んだ。そのリンクの中心となる現象は、宇宙線の流入であった。この神秘的な光線は20世紀初頭に発見されていた。宇宙から地球に降り注ぐ宇宙線は、太陽から放出されるものと似た粒子で構成されているが、エネルギーははるかに大きい。その正確な起源はまだわかっていないが、天文学者たちは、数千光年離れた宇宙空間に広がる爆発中の星や、数百万光年離れた銀河の中心から降り注いでいるのではないかと考えている。それらが地球の大気上層部に衝突すると、他の粒子のシャワーが発生し、大気下層部に降り注ぎ、そこにある原子や分子と衝突する。
物理学者たちは20世紀半ばから地球上の宇宙線活動を監視しており、太陽活動が活発な時期に宇宙線の数が減少することをはっきりと確認している。これは、太陽からの粒子の風が太陽活動極大期により強力になり、太陽の磁場を膨張させ、入ってくる宇宙線をそらすからだと考えられている。日々の観測でも、大規模な太陽嵐の後、宇宙線が顕著に減少していることが確認されている。
スヴェンスマルクとフリス・クリステンセンは、雲に覆われた地球の割合が、大気圏に突入する宇宙線の数によって変化することを示し、科学界を驚かせた。彼らのデータによれば、地球に当たる宇宙線の数が多ければ多いほど、天候は曇りやすくなる。宇宙線が最も多く降り注ぐ太陽活動極小期には、地球は太陽活動極大期よりも3〜4パーセント曇っている。雲は大気中の熱をある程度閉じ込めるが、雲が宇宙空間に反射する太陽光の量によって、それを補って余りある。したがって、地球が曇っているということは、地球が冷えているということであり、黒点が少ない時期は収穫が少なく、小麦の価格が高くなるというハーシェルの主張の信憑性を高めている。
もし科学者たちがウォルター・モーンダーの太陽黒点の主張の一つをもっと真剣に受け止めていたら、ハーシェルの考えにもっと早く興味を取り戻したかもしれない。その日は1922年で、引退の時期に入っていたが、マウンダーは再び働かざるを得ないと感じていた。1914年から1918年にかけては、第一次世界大戦のために助手が招集され、ドームが空っぽになったため、彼はすでにグリニッジに戻ることを余儀なくされていた。今、彼は自分のために仕事に戻った。太陽黒点の観測で、彼には一目瞭然のことがあった。彼は1890年代に初めてその特異性に注目させようとしたが、それまで誰もその重要性を理解していなかったことに驚いていた。そして71歳になった今、腹部の不定愁訴に悩まされていたマウンダーは、もう一度やってみようと思った。
彼は、ドイツの天文学者グスタフ・シュペーラーが1800年代半ばに初めてまとめた歴史的な黒点記録の膨大なコレクションによれば、1645年から1715年の間、暗い斑点が太陽表面に稀に訪れていたことは明らかだと説明した。1671年に目撃された暗い斑点は、科学界に興奮を巻き起こした。当時の天文学者たちは、ガリレオが初めて望遠鏡を使って太陽の黒点を記録した直後の数年間は、太陽の傷はたくさんあったが、1600年代半ば以降の数十年間は著しく少なかったと指摘している。1715年、太陽は活気を取り戻し、大オーロラを発生させた。この現象に驚いた王立協会は、エドモンド・ハレーを調査と報告のために派遣した。オーロラの興奮のあまり、太陽の70年間にわたる磁気の静穏の潜在的な重要性が失われてしまったのだ。
マウンダーは、1645年から1715年の間に見られた数個のスポットを分析し、弱い太陽サイクルを追跡できることを発見した。発見を報告する中で、彼は、深く浸水した国で、最も高い物体だけが洪水から頭を上げ、水没した田園地帯の構成を追跡できるように、スポットは 「沈んだスポット曲線」の太陽極大をマークしているようだと書いた。
マウンダーは、太陽周期の強さのこのような変動が、太陽と地球の磁気的なつながりに重大な影響を与えることに気づき、このことに人々の注意を向けさせようとした。1890年代に彼が初めて太陽周期の長期変動を公表しようとしたときと同じように、誰も知ろうとしなかった。マウンダーの研究は、1970年代にコロラド州高高度天文台のジャック・エディ博士が2つの偶然の一致に気づくまで、半世紀にわたって埃っぽい図書館に眠っていた。ひとつは、エディが「マウンダー極小期」と呼んでいた時期が、フランスのルイ14世（ソレイユ王）の治世とほぼ完全に一致していたことである。なぜなら、王の治世は1000年以上にわたってヨーロッパの天候が最悪だった年と重なったからである。その年は非常に厳しい冬が続き、小氷河期として知られるようになった。オランダでは運河が何カ月も凍りつき、イングランドでは毎年、テムズ川の固い水面で霜の市が開かれた。現代人から見れば、そのイメージはロマンチックに映るかもしれないが、豊作を太陽の光に頼っていた何百万もの人々にとっては恐ろしいことだった。多くの人々が自給自足のレベルにとどまっていたため、小氷期の食糧不足は大きな苦難と苦しみをもたらした。
小氷河期が太陽黒点の事実上の消滅と重なることを知ったエディは、天文学者と気候学者に気候変動における太陽の役割を再考させた。
エディが天文史に興味を持ち始めたのは、コロラド大学で太陽物理学を教えていた頃だ。彼は、19世紀の天文学者たちが、現在学生たちを悩ませている概念を発展させるのに苦労していたことを強調するために、歴史的な逸話を語ることで、学部生たちを安心させることができることに気づいた。エディがこの分野の歴史を読み進めるにつれ、気象パターンが太陽活動と関連しているという、とりとめのない議論に出くわした。エディも含め、1970年代の太陽物理学のコミュニティにとって、この考えは異質なものだった。そんなある日、彼はシカゴ大学のユージーン・パーカー教授とこの問題について議論していることに気がついた。パーカーは賢明にも、彼にマウンダーの無視された論文の方向を指し示した。エディは全く信じられない思いで論文を読んだ。彼は、マウンダーが単なる観測不足で騙されていたのだと確信し、そのギャップを埋め、1645年から1715年にかけてのマウンダー極小期が起こらなかったことを証明する記録を探そうと決心した。
エディは余暇を利用して図書館や公文書館を探し始めた。写本が見つかれば見つかるほど、彼は「太陽物理学の死海写本を解読している」と感じ、読んでいるものにますます魅了されていった。それぞれの報告は、エディの最初の不信感を和らげた。そしてエディは、太陽周期に何か大きな中断が本当に起こったのだと信じるようになった。研究半ばで、高高度天文台に予算削減の波が押し寄せ、エディは自分の名前が不要になった職員のリストに載っていることに気づいた。
妻と4人の子供を養うため、彼はマウンダー極小期の研究を中止し、必死で再就職先を探し始めた。不採用が続き、エディは自暴自棄になった。NASAから一時的な仕事を依頼され、宇宙ステーション「スカイラブ」の公式史の執筆を引き受けた。
スカイラブミッションの責任者である科学者たちにインタビューするため、彼は多くの大学を訪れなければならなかった。彼はより多くの歴史的記録を探し始め、停滞していたマウンダーの研究を再開した。やがて彼は、マウンダー極小期の前後から非常に多くの黒点観測を集め、1645年から1715年にかけての観測の欠如を説明するには、太陽の活動レベルが本当に低下していることが唯一の説明であることに気づいた。
この結論を補強するために、彼はオーロラの目撃情報に関して骨の折れる調査を繰り返したところ、マウンダー極小期の終了後、オーロラの報告数が驚くことに10倍も増加していることを発見した。それでもまだ完全には満足できなかった彼は、マウンダーにはなかったような調査方法があるのではないかと自問した。
その答えは、木の年輪に含まれる炭素の分析だった。毎年、成長期に樹木は大気中の二酸化炭素を吸収し、その炭素原子を使って新しい細胞を作り、幹を広げる。この成長が冬の間に固まり、木の年輪ができる。宇宙線が大気に当たると、炭素は炭素14という同位体に変化する。これは酸素と結合して二酸化炭素を生成し、樹木に吸収される。従って、木の年輪に含まれる炭素14の量は、その年の宇宙線の強さを反映している。
マウンダー極小期の数年間は、太陽磁気活動が極端に低下していたため、宇宙線の強度が高くなるとエディは考えた。そのため、地球が太陽の磁気に遮蔽されていた通常の太陽活動の年よりも、炭素14の割合が高くなるのである。年輪のデータを見ると、エディはまさに彼が探していたもの、そしてそれ以上のものを発見した。マウンダー極小期の明らかな兆候の他に、望遠鏡が発明される前の1460年から1550年にかけて、同じような時期があった。エディは、マウンダーにインスピレーションを与えた天文学者にちなんで、これを「シュペラー極小期」と呼んだ。興味深いことに、1100年から1250年にかけて、炭素14の測定値が非常に低い時期が長く続いた。これは、当時太陽が非常に活発で、宇宙線に対する非常に効果的な磁気シールドを地球に提供していたことを示しているようだ。これらの年代は、気候学者が「中世温暖期」と呼ぶ、北緯の温帯地域が一般的に温暖だった時期にあたる。この穏やかな気温、乾燥した条件、安定した海によって、ヴァイキングはアイスランドとグリーンランドを植民地化することができた。グリーンランドの植民地は小麦を大量に生産し、その作物をスカンジナビアに輸出した。この時期は、アメリカの大平原に巨大な砂丘が広がっていた時期でもある。雨が少なすぎて、砂丘を安定させる草が育たなかったからだ。
中世温暖期と太陽との関連という考えに興味を持ったエディは、太陽黒点の記録を調べた。望遠鏡が発明される何世紀も前のことだが、彼はオリエントから肉眼による黒点の記録を集め、オーロラの目撃情報も集めていた。彼は、1180年を中心とする200年間に、肉眼黒点とオーロラの両方が強まっていることを発見した。
黒点が少ないということは、磁気活動が低いということであり、宇宙線が当たりやすくなり、温度が下がるということである。科学者仲間からの懐疑的な意見もあったが、エディは1976年に研究成果を公表した。彼は、この研究は天文学者だけでなく、もっと多くの科学者の興味を引くものだと考え、アメリカで最も権威のある科学雑誌『サイエンス』に研究結果を発表した。シュペラーやマウンダーが興味を持たせることに失敗したのに対し、エディは成功した。彼の切り札は、太陽活動と地球の気候の大幅な変化との一致を示したことだった。地球温暖化への懸念が高まり始めていたことも、彼を後押しした。彼の論文は、研究者たちが過去と現在の気候変動における太陽の役割を調査する中で、今日も続く議論を始めた。
19世紀以来、地球の気温は平均して0.6℃上昇している。気候学者の大多数は、この主な原因は人類の産業活動が大気中に汚染を放出し、それが太陽エネルギーを捕捉して地球の温度を上昇させたためだと考えている。しかし、それよりもはるかに少数派は、太陽の変動が重要な要因であり、おそらく人類による寄与に匹敵するか、あるいはそれを上回ると考えている。
地球温暖化に対する太陽の寄与に関する議論の中心は、スベンスマルクとフリイス・クリステンセンによる宇宙線と雲の関連性の正確な性質である。雲がどのように形成されるのか、その詳細がいまだに謎のままであるため、これを解決するのは難しい。科学者たちは、雲が成長するためには、水滴の周りに凝縮する何かが必要であることを知っている。410万から4000万分の1インチのいわゆるエアロゾル粒子がこれに適している。エアロゾル粒子は、火山活動や化石燃料の燃焼によって大気中に存在する。問題は、宇宙線がさらなるエアロゾル粒子の形成を触媒し、より多くの雲を形成することができるかということだ。
20世紀初頭に活躍した素粒子物理学者たちの先駆的な研究にヒントがある。彼らは、電荷を帯びた粒子が水滴を引き寄せ、雲を形成することを発見した。彼らは雲室と呼ばれる装置を作ることでこの性質を利用し、そうでなければ見えない素粒子の領域を明らかにした。彼らはクラウド・チェンバーを空気と水蒸気で満たし、その中に荷電粒子を発射した。荷電粒子は通過中に空気の分子と衝突し、電荷を帯びた。この電荷が水蒸気を引き寄せ、雲の軌跡が形成され、それを見たり写真に撮ったりすることができた。
1997年の研究で、スベンスマルクとフリス・クリステンセンは、地球全体が雲の部屋であり、深宇宙からの素粒子の砲撃に反応している可能性を示した。地球における宇宙線の強度は、太陽活動極大期と極小期の間で15%変動し、コンパスの変動に次いで、地表付近における太陽活動の測定可能な最大の影響を示している。太陽噴火で放出されたプロトンが極地の氷に指紋を残すように、宇宙線も同様である。宇宙線は硝酸分子の代わりに、ベリリウム10として知られるベリリウム元素の同位体を生成する。プスティルニクとヨム・ディムがハーシェルの小麦価格の主張を確認したとき、彼らは黒点観測の代わりに氷床コアから得たベリリウム10のデータを使った。
地球温暖化に対する太陽の寄与を煽るのは、太陽の磁気活動が8000年ぶりの高水準に達しているという証拠が増えつつあるからだ。これもまた、木の年輪から得られたデータである。ドイツのマックス・プランク研究所（Max Planck Institut für Sonnensystemforschung）のサミ・ソランキ（Sami Solanki）博士と共同研究者たちは、樹木の年輪に含まれる炭素14の壮大な研究を行い、それを使って記録された人類の歴史全体を通しての太陽活動のレベルを推測した。この結果によると、過去70年間の太陽活動は、中世温暖期を含む過去8,000年間のどの時期よりも活発であった。オックスフォードシャーにあるラザフォード・アップルトン研究所のマイク・ロックウッド教授らによる別の研究でも、この結果が確認され、さらに太陽の磁気活動が1901年以来2倍以上に増加していることが示唆された。磁気活動が活発になれば、宇宙線がより多く迂回し、雲がより少なくなり、地球がより暖かくなる。これを、地球温暖化が今日の太陽磁気活動によって引き起こされているという説得力のある状況証拠と見る人もいる。また、太陽は確かに影響を及ぼしているかもしれないが、現在は人為的な汚染に取って代わられているという意見もある。太陽の影響を検証する方法を見つけなければならないのは明らかだ。
残念なことに、気候に関する調査はしばしば政治的な色彩を帯びるため、水は濁っている。産業界のロビー団体や政府の中には、汚染防止を回避する手段として、自然温暖化の兆候を捉えているところもある。一方、環境保護団体は、気候に及ぼすわずかな太陽の影響さえ認めることに哲学的に反対することもある。
2000年、ヨーロッパ、アメリカ、ロシアの大学や研究機関から集まった56人の科学者からなるコンソーシアムが、地球の曇りへの宇宙線の寄与を調べる実験を計画した。CLOUDとは、Cosmics Leaving OUtdoor Dropletsの略で、ちょっとユーモラスな名前である。この実験では、高エネルギー陽子ビームを、地球の大気の特性を模倣するように設計された、新しく建設された雲チェンバーに送り込む。その後、検出器が疑似宇宙線に対するテスト大気の反応を測定する。研究チームは、フランスとスイスの国境にある欧州原子核研究機構（CERN）の粒子加速器を使って陽子ビームを供給し 2008年中に最初の測定を行う予定だ1。
太陽王の物語が私たちに教えてくれることがあるとすれば、それは偶然がしばしば隠された現実を示すということだろう。実際、今日の科学者たちは、磁気嵐と太陽の黒点との関連性を理解しようとした19世紀の天文学者たちが経験した状況を彷彿とさせるような状況に置かれている。地球温暖化に太陽が大きな役割を果たしているかどうかは別として、宇宙線を媒介する太陽の働きは、ヴィクトリア朝時代の人々でさえ気づいていなかったほど、地球がより広い宇宙と密接に結びついていることを物語っている。
16世紀の詩人ジョン・ドンは、「人は島ではない」という有名な言葉を残している。19世紀の太陽王たちによって始められ、現代の太陽王たちによって続けられている研究のおかげで、私たちは地球も島ではないことを知っている。もしジョン・ハーシェルが生きていたら、150年前の彼の言葉を繰り返したかもしれない： 「我々は、これまで想像もつかなかったような宇宙的大発見の寸前に立っている」
1 CERNはもともとConseil Européen pour la Recherche Nucléaire（欧州原子核研究会議）の略であった。1954年、CERNの名称は欧州原子核研究機構（Organisation Européenne pour la Recherche Nucléaire）に変更された。OERNという厄介な新しい略称に直面した組織のリーダーたちは、CERNを維持することを決定した。
エピローグ
マグネターの春
2004年12月27日、史上最大のガンマ株バーストが太陽系を襲った。放射線を浴びた人工衛星は、即座に地球の主人に警告メッセージを送信し始めた。ガンマ株の奔流が地球を通過する際、その一部は月に跳ね返され、再び地球を襲った。天文学者が三角測量したところ、その爆風は太陽からではなく、深宇宙から来たことがわかった。直径わずか20キロ、約5万光年の彼方にある星の死んだ心臓と思われる天体である。マグネターと呼ばれるこの天体は、自然界に存在する最も強力な磁場を持つ珍しい天体のひとつである。もしマグネターを魔法で我々の惑星と月の中間に運ぶことができたら、その磁場の強さは地球上のすべてのクレジットカードを消し去ってしまうだろう。
天文学者たちがガンマ株のデータを分析すると、その数値は驚異的なものとなった。マグネターの噴火は、太陽が10万年かけて宇宙空間に放つエネルギーを10分の1秒の間に宇宙空間に放出したのだ。このような遠方の天体が、地球を大量の放射線で覆い尽くす可能性があるという事実に、天文学者たちは唖然とした。彼らはすぐに会議を開き、「マグネターからの巨大フレア」と題したデータを共有した： 「マグネターからの巨大フレア：銀河の彼方から地球を襲う」と題された。
講演者の一人は、カリフォルニア州スタンフォード大学のウムラン・イナン教授であった。彼は、爆発の際に地球の最上層大気から発生した超低周波電波を記録していたと説明した。その日、彼の装置が記録したものは彼を驚かせた。ガンマ株は太陽が放出したものよりはるかに強力で、爆風に面した地球の半球全体で原子を引き裂いた。大気は回復するのに1時間以上かかった。
キャリントンが初めて夏の太陽ツバメを見てから約150年、天文学者はマグネターの春を初めて垣間見たのだった。
エピローグマグネターの春
Inan, U., Lehitnen, N., Moore, R., Hurley, K., Boggs, S., Smith, D., and Fishman, G. J. (2005) マグネターSGR 1806-20からの巨大X線フレアによる日中の下部電離層の大規模な擾乱。要旨 IAGA2005-A-00844。www.cosis.net。
Soloman, Robert C. (2003) 「マグネター」、軟ガンマ株リピーターと非常に強い磁場。Solomon.as.utexas.edu/~duncan/magnetar.html でオンライン公開されている。