[비즈한국] かつてSNSでよく見かける話題があった。今年、韓国でオーロラが見られるかもしれないという話だ。太陽は11年周期で活動が活発になる極大期を迎えるが、ちょうど今年がその極大期であり、特に今年は非常に荒々しい時期を過ごしているからだ。そのため、多くの人が今年の夏、オーロラを期待してきた。オーロラは太陽と地球の相互作用が作り出した美しい結果だ。実は見た目は美しいが、その内幕は太陽と地球の間で繰り広げられる、熾烈で音のない戦争の傷跡とも言える。
地球の磁場は、極地方の空に美しい緑色の光を放つ芸術作品を描くアーティストであるだけでなく、事実上、地球の生命体が無事に生き残れるようにしてくれる命の恩人である。もし磁場がなかったら、地球はすでに火星の運命をたどっていただろう。地球に向かって降り注ぐ太陽風の粒子がそのまま地上に到達し、地球の大気と海はすべて宇宙空間に吹き飛ばされてしまったはずだからだ。幸いなことに、地球の磁場は1億5000万kmの距離を飛んできた太陽風の粒子を遮断する役割を十分に果たしている。おかげでその下で地球の生命体は、約45億年の間、絶滅することなく進化できる時間的猶予を得た。
ところが、磁場は単に私たちを守る保護膜の役割にとどまらなかったのかもしれない。より積極的な役割を果たしていたかもしれないことを示す興味深い証拠が発見された。もしかすると、地球磁場が地球に酸素を作り出していたのかもしれない。
地球はどのようにしてこれほど生命に満ちた世界になったのだろうか？地球の生命の歴史において最も重要な瞬間のひとつが、大気中の酸素濃度が急激に上昇し始めた「大酸化イベント」だ。約28億年前から地球の大気中に急速に酸素が増加した。当時、植物が海から陸へ上がり始めて光合成が大規模に行われるようになり、それによって作られた酸素が大気を満たして地球の生態系に大変革が起きた。
過去の地球の空にどれほどの植物が呼吸していたのか、どうすればわかるのだろうか？地球の長い記憶を振り返る方法はいくつかある。まずひとつは、炭の記憶をたどることだ。過去に自然の山火事で木が燃えた際、空気中の酸素が燃え残った灰に留まる。その成分を通じて、過去の山火事当時の大気中の酸素濃度を把握できる。岩塩のような鉱物を活用する方法もある。塩の結晶が固まる際に中に閉じ込められた古代の大気成分を分析すれば、酸素濃度を推定できる。
NASAの科学者たちは、こうした分析を通じて約5億4000万年前から現在までの地球の酸素濃度がどのように変化してきたかを追跡した。グラフの青い線が酸素濃度の変化を示している。ところが、3億5000万年前から2億5000万年前の間に非常に興味深い区間が見られる。この時期に酸素濃度が突然40%まで急騰したのだ。その後、酸素濃度が少し下がり、現在のレベルに至った。約1億年にわたるこの特定の期間に、なぜ突然酸素濃度が急増して減少したのか、その原因を理解するのは困難だった。
ところが、天文学者たちは予期せぬデータから興味深い事実を発見した。全く同じパターンを示す別の現象があったのだ。まさに地球の磁場である。古代の地球の磁場も同様に、地球の至る所に痕跡を残した。代表的なのが、深い海底の海洋地殻が両側に分かれて広がっていく「発散型境界」の岩石だ。噴出したばかりのマグマが固まる過程で、地球磁場の方向に合わせて内部の金属成分が整列する。これが古代の地球磁場の方向を追跡する一種のコンパスの役割を果たす。これを通じて地球磁場の変化を知ることができる。
下のグラフで、赤い線が地球磁場の両極がどれほど強く整列したかを示す地球磁場双極子モーメント「VGADM（Virtual Geomagnetic Axial Dipole Moment）」の変化を示している。驚くべきことに、先ほど見た青いグラフ、つまり地球大気中の酸素濃度変化と類似したパターンを見せている。特に3億5000万年前から2億5000万年前の間、両者とも全く同じように急激に増加した。
これは、地球大気中の酸素濃度の変化と地球磁場の変化が密接に関連していることを暗示している。両者の相関関係は統計的に非常に強力であり、単純な偶然として片付けるのは難しい。それでは、一体両者の間で何が起きていたのだろうか？
残念ながら、今回の分析は両者の相関関係を示すだけで、正確な因果関係までは示せていない。したがって、3つの可能性を考える必要がある。磁場の変化により酸素濃度が変わったのか、酸素の変化により磁場が変わったのか、あるいは何か大きな変化によって酸素と磁場の両方が同時に変わったのか、である。
まず、磁場の変化が原因となって酸素濃度に変化をもたらした可能性を見てみよう。実際、中心となる恒星の荒々しい活動が周囲の惑星の大気を破壊することはよく知られている。太陽よりもはるかに小さいが荒々しい星のそばでは、わずか2500万年の間に現在の地球大気全体の質量に匹敵する大気分子が消え去るという計算もある。したがって、地球の磁場が強くなったおかげで地球の大気が太陽風に対してよりよく耐えられるようになり、酸素がより多く生き残った可能性がある。
ただし、この仮説はまだ完璧ではない。データが示しているのは地球の大気分子の総量ではなく、その中の酸素濃度の変化だからだ。もし地球磁場の成長が大気圏を守った結果なら、単に酸素だけでなく大気総量が一緒に増加していたはずだ。したがって、この因果関係を立証するには単なる酸素の濃度ではなく、古代地球の大気圧のような値を検討しなければならない。しかし残念ながら、古代地球の大気圧を追跡する明確な方法がまだない。磁場が強くなったおかげで地上の植物がより長く繁栄でき、そのおかげで酸素濃度が高まった可能性もある。それなら、大気中でとりわけ酸素濃度が急激に増加した理由を説明できる。しかし、この仮説を裏付ける十分な証拠がない。
それでは、磁場から酸素へ向かうのではなく、その逆方向の因果関係は可能だろうか？大気中の酸素濃度が高まると、地中にもその一部が伝わることがある。地球のプレートが分かれて動く過程で、大気中の酸素が海を経て岩石やマグマの中に浸透する。そしてマントルまで伝わる。こうした空と海、地をつなぐ大規模な循環を通じて、マントルの化学組成が酸素の豊富な環境に変わる。マントルが酸化されるわけだ。こうした変化がマントルとその内部物質が磁場を作り出すことに影響を与えた可能性もある。しかし同様に、このメカニズムを立証する明確な根拠はまだない。
グラフで確認できる磁場と酸素、両者とも爆発的に増加した時期は、興味深いことに地質学的に別の歴史的な時期と重なる。過去、地球の陸地が一つにつながっていた超大陸「パンゲア」が分裂し始めた時期と似ている。パンゲアが本格的に離れ始めた時点は、今から約2億～3億年前と推定される。そして、ちょうどこの時期に地球の磁場と酸素がどちらも似たように急増した。こうした連続する偶然は、地質学的な変化が結局地球の空まで届いたかもしれないという可能性を一層考えさせる。
もちろん、今回の発見は何の意味もない偶然かもしれない。しかし、もし地球磁場と酸素の間に密接なつながりがあるなら、地球磁場は単に私たちを守る保護膜の役割を超え、地球の生命体が繁栄し、呼吸して生きていけるよう非常に積極的な役割を果たしてきたと言える。私たちは磁場のおかげで、強烈な太陽光を避けて洞窟に隠れることなく堂々と外に出ることができ、磁場のおかげで呼吸ができるようになったのだ。
その点で、地球磁場が作り出すオーロラが鮮やかな緑色に輝くという事実は、絶妙な偶然である。今年の夏、私たちをワクワクさせたオーロラがとりわけ緑色に輝いた理由は、まさに酸素である。地球磁場は太陽から吹き付ける帯電した粒子を極地方に集める。高いエネルギーを帯びたこれらの粒子は、極地方の上層大気で酸素分子とぶつかり、エネルギーを得た酸素分子が光を放つ。酸素分子は主に緑色の波長の光を放射する。だからオーロラが緑色に見えるのだ。
実は、すでに昨年の5月から太陽が尋常ではない姿を見せていた。久しぶりに最も強力な段階であるXクラスのフレアを吐き出し、タイミングよく太陽のコロナ質量放出が地球を襲って過ぎ去った。その結果、普段はオーロラを見ることが難しい低緯度地域にまでオーロラが目撃された。当時、韓国でも江原道の一部地域で、かすかながらオーロラが捉えられた。そのため今年の夏も多くのメディアがオーロラを期待したのである。もちろん、ノルウェーで見られるような華やかなオーロラが韓国の空で見られたわけではない。どれほど晴れた天気でも、肉眼でオーロラを認識するのは難しいレベルだった。
実は、華やかなオーロラの饗宴は天文学者にとってはむしろ悪夢の時間になることもある。それだけ太陽が荒々しかったということであり、それは惑星全体に電気インフラが張り巡らされている現代の人類文明にとって致命的な問題を引き起こす可能性がある。特に大気圏の外を漂う人工衛星にとって致命的だ。そのため、韓国天文研究院でも時々刻々と太陽活動をモニタリングし、宇宙天気を予報している。今や私たちは地球の空だけでなく、1億5000万kmも離れた太陽の気まぐれまで気にしなければならない時代を生きているのだ。
この夏、あっさりと過ぎ去ったオーロラに失望した人々のために、太陽のもう一つのビッグイベントが展開される。韓国でなんと皆既日食を見ることができる瞬間が近づいている。2035年9月2日、太陽を完璧に隠した月の影が正確に朝鮮半島を横切って通り過ぎる。ただし、少し些細な(?)問題がある。皆既日食の経路のほとんどが北朝鮮地域を通るという点だ。幸いなことに、韓国地域にも重なる場所がただ一つだけある。江原道北端の固城（コソン）だ。
かつて江原道の束草（ソクチョ）の一部地域だけでポケモンGOゲームが可能になり、ものすごい人波が押し寄せたように、10年後には皆既日食を見るためにものすごい人波が固城に押し寄せるのではないだろうか。韓国で皆既日食を見ることができる唯一の地域になるだけに、固城郡にとっても自治体イベントを行う良い機会になるはずだ。2035年9月2日、どうかその時は天気が良いことを。
参考
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adu8826
https://science.nasa.gov/earth/earth-oxygen-magnetic-field-linked/
執筆者チ・ウンベは？猫と宇宙を愛する。幼い頃に『銀河鉄道999』を見て、宇宙の美しさを広めるという夢を持つようになった。現在、世宗大学校自由専攻学部助教授として、講演や執筆など多様な科学コミュニケーション活動を行っている。『날마다 우주 한 조각（毎日宇宙のかけらを）』、『별이 빛나는 우주의 과학자들（星が輝く宇宙の科学者たち）』、『갈 수 없지만 알 수 있는（行けないけれど知ることができる）』、『우주를 보면 떠오르는 이상한 질문들（宇宙を見ると浮かぶ奇妙な質問たち）』などの本を書いており、『진짜 우주를 여행하는 히치하이커를 위한 안내서（銀河ヒッチハイク・ガイド）』、『나는 어쩌다 명왕성을 죽였나（私はどうして冥王星を殺したのか）』、『퀀텀 라이프（クォンタム・ライフ）』、『코스미그래픽（Cosmigraphics）』などを翻訳した。