20 世紀半ばのスイスで最も傲慢な天文学者は、マックス ヴァルトマイヤーという太陽物理学者でした。彼が 1980 年に引退したとき、同僚たちは非常に安堵したため、彼がチューリッヒ天文台の所長として主導したイニシアチブをほとんど引退させたほどでした。 Waldmeier は、ガリレオにさかのぼる実践を担当し、歴史上最も長く継続された科学的実践の 1 つである太陽黒点の数え方を担当しました。
チューリッヒ天文台は、太陽黒点を集計する世界の中心地でした。黒点は、太陽の表面の冷たく暗い領域で、内部熱の循環が磁場によって弱められています。 19 世紀以来、天文学者は太陽黒点を、地球上の生命を混乱させる可能性のある太陽の爆発と関連付けてきました。今日、科学者たちは、スポットが太陽の領域をマークすることを知っています。この領域は、全地球測位システムから送電網、大気の化学組成に至るまで、あらゆるものに干渉する可能性のある巨大な電磁場を生成します。
ヴァルトマイヤーの潜在的なスイス人後継者を遠ざけたのは、彼自身以外の方法に対する彼の敵意でした。宇宙時代に、彼は、1849 年にチューリッヒ天文台の初代所長であるルドルフ ヴォルフによって設置された、18 世紀の発明者にちなんで名付けられたフラウンホーファー屈折望遠鏡を使用して、太陽黒点を目で数えることを主張しました。自動化された観測と衛星による太陽の監視は、目を細めるよりもはるかに主観的ではなく、明らかな改善のように思えました.
しかし、ヴァルトマイヤーに対するあらゆる敵意にもかかわらず、彼の方法は固執した。黒点は周期的に現れます。それらの数は、約 11 年間にわたって着実に増加し、その後約 11 年間減少しています。 Waldmeier は、サイクル自体が固有に遅いため、解釈を急ぐことはできないことを理解していました。 「プロセスをスピードアップすることはできません」と、ベルギー王立天文台に本拠を置く太陽影響データ分析センターのディレクターである天文学者のフレデリック・クレットは言います。 「太陽を理解したいのなら、その周期を長期間にわたって継続的に記録しなければなりません。」
データの一貫性を確保する最善の方法は、過去と現在を関連付ける観察方法を採用することだと Clette 氏は説明します。技術開発と並行して進歩するほとんどの新しい科学とは対照的に、私たちに生命を与える星の変化を検出するための最も安定した装置は、人間の脳と目です.
「現代の技術と機器は強力ですが、その技術はわずか数回の太陽周期にしか及ばないため、周期が何世紀にもわたってどのように異なるかを示すことはできません」と、チューリッヒの Wolf によって開始された世界の太陽黒点数の管理者である Clette は言います。となり、現在は国際黒点数として知られています。クレットの監視の下で、傷はまだ目で数えられます. 「私たちが目で数えると、今観察しているものは、遠い昔に観察したものとつながる可能性があります。」
それは驚くべき話です、とクレットは言います。最も永続的な科学的方法の 1 つは、単に観察することです。 「これは、太陽黒点現象と王冠の宝石、つまり未来を予測する能力の理解につながった、情報の蓄積の長く体系的な進化です。」
太陽黒点の観測は、現代の天文学よりも少なくとも 3000 年前にさかのぼります。太陽はいくつかの古代の宗教の中心であったため、どんな傷も重要なものと見なされていました.ザンベジ川に住む古代アフリカ人にとって、黒点は嫉妬深い月によって太陽の前に飛び散った泥でした。古代中国人は、太陽の黒点を浮遊する宮殿の構成要素や王の性格を表すブラシ ストロークと見なしていました。バージルはより実用的でした。 「[太陽] が彼の早朝に斑点を付けたとき … にわか雨に気をつけてください」と、彼は Georgics で警告しました。
ガリレオは太陽黒点をより科学的に研究し、太陽の円盤に関する彼の研究を調整するための有用な印と見なしました。日々の外観の変化を望遠鏡で注意深く観察したことから、彼は太陽が球形であり、それ自体の軸を中心に回転し、変化する傷を持っていると正しく推測しました。しかし、彼の目や他の初期の天文学者の目には、黒点の蛇行はランダムに見えました。哲学者のルネ・デカルトは、斑点が原始的なスカムの海であると考えました。天文学者のウィリアム・ハーシェルは、それらは人々が太陽の輝くさやの下に住んでいる暗い太陽の下の世界への入り口であると信じていました.
しかし、空を見て記録するだけで満足しているアマチュア天文学者が 1 人いました。本業の薬剤師であるハインリッヒ・シュヴァーベは、1826 年に太陽の観察を開始し、40 年間、年間 300 日以上継続して観察を続けました。当初、彼は水星の軌道内にある未発見の惑星を探していました。固いものは何も見つからなかったので、彼の焦点は次第に斑点のある太陽の表面に移りました。
1844 年までに何万もの黒点を数えたシュヴァーベは、しみには周期があると確信するようになりました。彼には説明がありませんでしたが、他の人が彼の観察から学ぶかもしれないと考えたので、彼は Astronomy Nachrichten に 1 ページにわたるメモを掲載しました。 .彼の論文は、ベルン天文台の所長である 30 歳のルドルフ ヴォルフによって読まれました。ウルフが 1864 年にチューリッヒ天文台の所長に就任したとき、彼は太陽黒点周期を研究の焦点にすることに決めました。
ウルフは、時間を先に数えるだけでは満足できませんでした。サイクルが本当に存在するかどうかを判断し、その真の測定値を得るために、彼は巧妙に過去のデータを収集しようとしました — シュヴァーベのものから始めて — そしてそれを彼自身の日々の観察と統合しようとしました.
問題は、数字が同期されなかったことです。 1849 年から 1868 年のシュヴァーベの最終的な計数までの間に何千回も行ったため、同じ日に数えたとしても、それらの数は一致しませんでした。ウルフのフラウンホーファー望遠鏡は、シュヴァーベの古い機器よりもかなり強力であり、シュヴァーベのスポットの多くが実際にあったことが明らかになりました。クラスター。それを補うために、Wolf は 2 つの重要な決断を下しました。 1つ目は、黒点活動の相対的な量が本当に重要であると推論して、彼のカウントを検閲し、個々の黒点ではなくクラスターを集計することでした。 Wolf の 2 番目の重要な決定は、彼と Schwabe が太陽を観察した日の数を比較することで、彼と Schwabe の比率を確立することでした。それは彼が k と名付けた係数を彼に与えました 、Schwabe の 1849 年以前の観測のすべてに適用できる倍数であり、それらを Wolf の新しいデータと統計的に一致させます。
この係数は、さらに驚くべきことを可能にしました。観察における一連の偶然の重複により、ウルフはシュヴァーベから戻って k を確立することができました。 その後、ウルフは太陽黒点カウンターの大陸ネットワークを作成し、ゼロから数百までの範囲の毎日の集計は、天文学で最も信頼できるデータセットの 1 つになりました。
データは、シュヴァーベが黒点周期については正しいことを示しましたが、その期間については正しくありませんでした。最初に、ウルフはその周期を 11 年に再計算し、原因を発見したと信じさせました。11 年は、木星が太陽を周回するのにかかる時間です。しかし、彼が収集した黒点サイクルが増えるほど、彼の相関関係はより妥当ではないように見えました。いくつかのサイクルは 14 年にも及びました。他の人は9人ほど短かった。木星の公転周期は不変だったので、彼は敗北を認めなければなりませんでした。
彼は、十分なデータがあれば、誰かが黒点のメカニズムを解明するだろうと確信して、数え続けました。彼は 1893 年に亡くなるまでずっと数えていました。その時までに、彼のアシスタントであるアルフレッド ウォルファーは、17 年間彼と一緒に数えていました。彼らのk 太陽黒点の進化的分類と地磁気嵐を予測する方法を開発した高慢なヴァルトマイヤーを含むチューリッヒ天文台の後続のディレクターは、太陽科学を大幅に進歩させました。
では、なぜ暗い斑点の期間の後に、太陽が晴れている期間が続くのでしょうか? 「真実は、何が周期性を引き起こすのか、まだはっきりとわかっていないということです」と Clette は認めます。 315 年分の黒点データがあっても、黒点サイクルの内部構造はまだ完全に明らかにされていません。
それでも、シュヴァーベの時代以降、特に太陽爆発の影響に関して、多くの進歩がありました。 1859 年、ウルフの観測ネットワークに参加していた 2 人のアマチュア天文学者が、黒点群の内部に 2 つの明るいフレアがあることに気付きました。その後数日間、電信サービスが中断され、オーロラがヨーロッパ中で見られるようになりました。いくつかのエピソードは、科学者に関連性があることを確信させました。その説明は、天文学者のジョージ・エラリー・ヘイルが分光器を使用して太陽黒点が磁気的であることを決定した1908年にもたらされました。 (磁気は色のスペクトルに微妙に干渉します。) 太陽の暗い傷がついに理解できました。それらは原始的なスカムや太陽の居住の兆候ではありませんでしたが、太陽対流として知られるプロセスである、磁気が太陽を通る熱の移動を抑制した領域でした.
今日、太陽物理学のおかげで、太陽黒点のサイクルは、回転する太陽内のプラズマの回転運動によって駆動されることがわかっています。プラズマは帯電しており、プラズマの層はさまざまな速度で回転するため、太陽球はダイナモのように振る舞い、地球の極磁力の何千倍も強力な電磁界を生成します。太陽ダイナモを生み出すプラズマの循環は、現在、スーパーコンピューターでモデル化されています。何世紀にもわたる黒点データは、科学者がシミュレーションを実行してこれらのモデルを改良および検証するのに役立ち、どのモデルが連続するサイクルのさまざまな周期性に最もよく一致するかを確認します。モデルが完成すればするほど、黒点サイクル自体がよく理解されるようになります。
黒点を数えることの緊急性は、電信の時代から人工衛星に移行するにつれて、ますます高まっている、と Clette は説明します。 「黒点の数は、擾乱の頻度と大きさを予測するために、今後数か月から数年にわたる傾向を確立するのに役立ちます」と彼は言います。ベルギー王立天文台は、電気通信会社や電力会社から定期的にデータのリクエストを受けています。太陽磁気が電離層を通過する電波の速度に影響を与え、GPS 座標をゆがめるため、商用航空会社も太陽黒点の傾向に依存しています。太陽天気が暴風雨に向かう傾向にある場合、パイロットは別の航法計器に注意を向けます。
太陽黒点と地球上の生命との間には、より推測的な相関関係もあります。医学研究者は、太陽磁気とがんとの関係を見つけようとしています。エコノミストは、黒点サイクルと農業との関係を探しています。また、気候学者は、18 世紀初頭の場合のように、太陽がほとんど汚れていない「グランド ミニマム」の期間によって小さな氷河期が引き起こされたのかどうかを知りたがっています。 (時代の絵画には、テムズ川とベニスのラグーンでアイススケートをしている人々が描かれています。)
気候学の進歩は特に魅力的です。太陽放射は上層大気の化学的性質を変化させることが知られており、太陽黒点は、赤外線から X 線まで、地球に衝突するさまざまな波長の強度を変調することが知られています。太陽黒点数を太陽スペクトルの変動に関連付けることにより、気候学者はまもなく 18 世紀の極小期の太陽のスペクトル シグネチャを推測できるようになります。
これは、ウルフが予想もできなかったアプリケーションであり、現在と将来のウルフになる人への教訓です。現代科学における最も差し迫った問題の 1 つである地球規模の気候がどのように変化するかを解決するには、問題が知られるずっと前に収集されたデータに依存します。 . 「理解できない新しい現象を観察することが、科学研究の本質だと思います」と Clette は言います。 「新しい領域を発見したようなものです。予想とは異なる方向から来たとしても、新しい知識が得られることを知っています。」
黒点周期を説明することは、ウルフの何世紀にもわたる策略の究極の立証となるでしょう。それでも、黒点の管理者としての役割を果たしているクレットは、別の突破口について歓喜しています。彼は最近、ヴァルトマイヤーの裏切りの助手からウルフの楽器を受け継いだ男と連絡を取りました。古いフラウンホーファー望遠鏡からの観測は、再び国際的な黒点数に貢献しています.
クレットの高揚感はまったく感傷的なものではありませんが、太陽黒点のカウントを一貫させるというウルフの中心的な役割を称賛しています. 「k を確立できました 望遠鏡の係数」と彼は言います。 「これは、ウルフが 19 世紀に確立したものと完全に一致しますが、現在の観察者はウルフではないことに注意してください。一致する k 係数は、目と脳のシステムが過去数世紀にわたって進化していないことを示しています。」
そして、過去数世紀が適切な尺度である場合、単純な観察ははるか未来まで実行可能です.太陽黒点の数は、超新星の数千年前の古代の星の挙動の微妙な変化など、超長期のデータ収集を必要とするあらゆる研究のモデルになり得ます。数十世代または数百世代にまたがる超新星の研究により、黒点のカウントは野球の試合の得点と同じくらい速いように見えるでしょう。
この深い時間の実験は、壮大な挑戦となるでしょう。それは、ウルフにふさわしい統計上の巧妙さと、ヴァルトマイヤーにふさわしい頑固な伝統主義にかかっています。それでも、その可能性を最大限に引き出すには、Schwabe の穏やかな考え方が必要です。Schwabe は、データから最終的に何が見つかるかを知る必要はなく、観察する価値があることだけを知りました。
ジョナソン キーツは、サンフランシスコと北イタリアを拠点とする作家、芸術家、実験哲学者です。バックミンスター・フラーの遺産に関する彼の新しい本は、来年オックスフォード大学出版局から出版される予定です。
先頭のフォトコラージュは、NASA の画像から作成されました。
この記事は、2015 年 3 月の「Slow」号に掲載されたものです。
