【ポイント】

・複数の宇宙探査機による観測と数値シミュレーションのデータ同化^※1を実施して、太陽で発生した放射線が太陽系を伝播する過程を明らかにしました。
・太陽放射線の伝播は、太陽風^※2の磁場擾乱の影響を受けて、時間とともに変化していることを示しました。
・本研究は、太陽からの放射線が「いつ・どこに・どの程度」到達するかを理解し予測するための新たな物理基盤を提供し、将来の月や火星を含んだ宇宙天気^※3予測に貢献するものです。

名古屋大学宇宙地球環境研究所の三好由純教授、岩井一正教授、国立研究開発法人海洋研究開発機構（理事長　河村　知彦、以下「JAMSTEC」という。）数理科学・先端技術研究開発センターの簑島敬副主任研究員らの研究チームは、複数の宇宙探査機を用いた観測と数値シミュレーションのデータ同化を実施して、太陽で発生した放射線が太陽系を伝播する過程を明らかにしました。
太陽では、フレアと呼ばれる爆発現象やコロナ質量放出と呼ばれる噴出現象が発生し、それに伴って非常に高いエネルギーの粒子（太陽放射線）が生成されることがあります。これらの粒子が地球に到達すると、人工衛星に搭載されている電子機器が故障する、船外活動中の宇宙飛行士が被ばくする、また航空機の運航に支障をきたすなどの恐れがあります。そのため、これらの粒子が「いつ・どこに・どの程度」到達するのかを理解し、予測することが重要な課題となっています。
このような粒子は、宇宙空間を飛んでいる探査機で観測されています。しかし、観測機会が限られることや、単一の探査機では得られる情報が限定的であることが、研究上の難点でした。一方で近年では、多くの探査機が運用されており、同じ現象を複数の探査機で同時に観測できるようになってきました。
本研究では、国際水星探査計画ベピコロンボ^※4と太陽観測衛星ステレオを用いて、2022年3月30日に発生した太陽高エネルギー粒子現象の解析を行いました。このとき、両人工衛星は太陽から異なる距離（0.6天文単位^※5と1天文単位）にありましたが、同じ粒子が通る経路上に位置していたと考えられました。そこで、粒子が両衛星の間を伝播する数値シミュレーションを実施し、観測とのデータ同化を実施することで、発生直後は自由に伝播していた粒子が、時間が経つにつれて周囲に影響されながら伝わっていく様子を明らかにしました。さらに、太陽風の磁場観測から、磁場擾乱が粒子の伝播に影響を与えていることを示しました。
将来、人類は有人探査などによって、月や火星など地球磁気圏^※6の外へ活動範囲を広げていくと考えられます。そのような環境では、放射線の影響はより深刻なものとなります。本研究は、数値シミュレーションと観測データの同化によって、太陽放射線の物理過程を理解し、将来の宇宙天気予測に貢献するものです。

本研究は科学研究費助成事業（JP25H00625, JP24H00022, JP21H04517）の助成を受けて実施されました。

本成果は、「Earth, Planets and Space」に4月9日付け（日本時間）で掲載されました。

◆詳細（プレスリリース本文）はこちら

【用語説明】

※1 データ同化：実際の観測データを用いて数値シミュレーションを修正することで、より正確な予測やパラメータ推定を行う技術。
※2 太陽風：太陽から秒速数百Kmの速さで噴き出している、電荷を帯びた粒子の流れ。
※3 宇宙天気：太陽活動に起因して地球周辺の宇宙環境が変動する自然現象のこと。最近は、月や火星の宇宙天気の重要性も注目されている。
※4 国際水星探査計画ベピコロンボ：水星表面探査機MPOと水星磁気圏探査機MMO（みお）の2機の探査機で、水星の表面地形や磁気圏・宇宙環境の観測を行う日欧共同プロジェクト。2026年11月に水星周回軌道へ投入される予定。
※5 天文単位：太陽と地球の間の平均距離を表す。（1天文単位＝約1億5000万km）
※6 地球磁気圏：宇宙空間で地球磁場の影響が支配する領域。この領域へは粒子の侵入が妨げられる。

【論文情報】

タイトル：A study of solar energetic particle transport on 30 March 2022
using multi-spacecraft data assimilation
著者：簑島　敬¹、三好　由純^2,3、村上　豪⁴、Marco Pinto^5,6, Daniel Schmid⁷, 松岡　彩子⁸、Wolfgang Baumjohann⁷, David Fischer⁷, 岩井　一正²、今田　晋亮⁹
1. JAMSTEC数理科学・先端技術研究開発センター　2. 名古屋大学宇宙地球環境研究所 3. 慶熙大学校　4. JAXA宇宙科学研究所　5. 欧州宇宙機関　6. Laboratory of Instrumentation and Experimental Particle Physics　7. オーストリア科学アカデミー　8. 京都大学大学院理学研究科　9. 東京大学大学院理学系研究科
DOI: https://doi.org/10.1186/s40623-026-02389-9

【研究代表者】

宇宙地球環境研究所 三好 由純 教授/岩井 一正 教授 
三好教授：https://www.isee.nagoya-u.ac.jp/~miyoshi/

岩井教授：https://www.isee.nagoya-u.ac.jp/~k.iwai/