地磁気が反転した痕跡を残す千葉県の地層が、約77万～12万6千年前の年代を代表するもので、この地質年代がチバニアン（ラテン語で千葉時代のこと）の名称がつく見通しと、11月13日の新聞各紙が報道しました。地球は大きな磁石になっていて、約46億年の地球の歴史の中で、過去に何回もN極とS極が入れ替わっており、磁力をもつ鉱物が含まれる岩石を調べて、最後に起こった逆転の時期を確定したということです。

チバニアンというネーミングが、親しみを呼び、さらに夢を膨らませてくれます。地球の歴史を思うとき、地球が太陽系の惑星の一つであり、生命の誕生は約38億年前にさかのぼることを改めて思い起こします。地質年代が確定できるのは約6億年前からで、古・中・新生代と分けられます。恐竜は中生代に存在し、チバニアンは6600万年前から始まる新生代の中のひとつの時代区分ということです。地球の歴史のスケールでは77万年前というのは、つい最近のような気がしてきます。

今では宇宙から、地球を丸ごと見られるようになりました。地球の半径は約6400キロメートルで、生命の営みは深海の深さと大気圏の厚みを含めてもほぼ15キロメートルです。大雑把に言うと、地球を直径1メートルの球と考えると、生命の活動は表面近くの1ミリに過ぎない。その下には5ミリ程度の地殻があり、そして岩石からなるマントル。マントルの上層部はマグマと呼ばれてどろどろしており、時々地表に噴出してきます。まさに私たちは、地球をリンゴにたとえれば、リンゴの皮のようなところに住んでいることになります。

リンゴに芯があるように、地球の中心のほうに核があります。核の中心部分は固体ですが、その外側は高温のどろどろした金属になっていると考えられています。ダイナモ理論として知られる考え方では、地球の自転に伴って、どろどろした金属流体の運動が電流を引き起こし、地球磁場を作ります。金属流体の運動がわずかでも方向を変えると、地球磁場の方向は変化することになります。たまたま現在は、地球自転の回転軸と地磁気の軸がほぼ同じ方向に向いているけれど、他の惑星では、様々な角度を持つ場合があること、火星や金星のように磁場を持たない惑星があることもわかっています。

カナダのサスカトゥーンに住んでいるときにオーロラがよく見られました。オーロラは、太陽から降り注ぐプラズマ粒子が地球の磁場に沿って、地球の大気に入り込み大気中の原子や分子と衝突し、そのエネルギーが光となる現象です。オーロラは北極や南極に近いところで見えることはよく知られていますが、サスカトゥーンは高緯度と言っても北緯52度。なぜそこでオーロラがよく見えたのか、考えてみました。（ちなみに札幌は43度、春日井は35度）。

コンパス（方位磁石）の針は南北を指しますが、北極に向かうにつれて、水平面で動いていた北を指す針が、下を向き、針が水平面に対して垂直になる地点は磁北極（magnetic north pole）と呼ばれています。私がカナダに住んでいたころは、磁北極はカナダの中にあったのが、今では北極に近いところに動いています。さらに地球を棒磁石と考えたときの、棒磁石の軸と地表との交点である地磁気北極（geomagnetic north pole）は30年の間に緯度で1.6度、経度で2度移動しています。

宇宙から見えるオーロラの光の帯は地理上の北極ではなく、地磁気北極を中心に存在することが衛星写真で明らかになっています。NASAの衛星が高度2万キロから撮影した地球とオーロラ帯を示し、その中でサスカトウーンの位置、北極の位置等を示しておきます。地磁気北極を中心に、光の帯を作っていることがわかります。この光の帯を地上から見るとオーロラに見えるわけです。確かに、サスカトゥーンは、光の帯に近いところにあることがわかり、だからオーロラがよく見えたことが納得できます。

地磁気極は確かに移動しています。その原因は地球の内部にある金属流体の運動ですが、その運動は未だ解明されていません。そして、チバニアンの地質年代の決め手となった磁場の反転の原因も今のところわかっていません。いつの日か、地磁気極の移動によって、日本の近傍にまでオーロラ帯がおりてくれば、日本でもオーロラが見えることになるかもしれません。一方、古くは、日本書紀、明月記などに、赤気と呼ばれるオーロラ現象の記述があります。さらに最近では1958年2月11日に日本海側沿いの北陸、東北、北海道で、火事と間違われるほどの赤いオーロラが目撃された記録が残っています。ただし、それら日本で観測されたオーロラは、長期間続いているわけではないので、磁気極の移動に伴うものではなく、太陽面の爆発を伴う太陽の異常活動により引き起こされた、オーロラ帯の拡大によるものと考えられるでしょう。

オーロラの光の帯（オーロラオーバル）。地理上の北極でも、磁北極でもなく、地磁気北極の周りにリング状に見える。左に見える明るい部分は昼側。緑のラインで大陸の海岸線を示している。1981年11月、NASAのダイナミクス・エクスプローラー衛星が2万キロメートル上空から紫外線撮影。
http://www-pi.physics.uiowa.edu/sai/gallery/

太陽のエネルギー、核融合に興味を持ち、横浜でプラズマの勉強を始めました。蛍光灯のような放電管を使い、電圧をかけてプラズマを発生させ、プラズマの境界層を制御する実験です。下宿で最初の英語論文を書き上げたときにはもう真夜中でした。大学院1年生。論文を書き上げたことがうれしくて、手元にあった時刻表を見て、行き先はどこでもいい、夜行列車に間に合うと分かったときには飛び出していました。翌早朝、長野に到着。思わぬ出来事があり、結局、横浜に戻ったのは次の日の夜になっていました。丸二日間、研究室では、石原がいないというので、大騒ぎになっていたそうで、翌朝、指導教授にこっぴどく叱られました。

その後アメリカに留学し、卒業後カナダのサスカトゥーンで、核融合の基礎研究に取り組みました。横浜出身の先輩がすでにカナダで活躍しておられ、先輩に招かれたのです。プラズマ中に乱流を作り出して、集団運動としての乱れのエネルギーを、プラズマの加熱に使おうという試みです。先輩と二人で次々と論文を発表し、アメリカとヨーロッパの国際会議に出かけてはサスカトゥーンにプラズマの研究者ありと、意気込んでいたものです。

カナダからテキサスに移ってからの研究の中心は、プラズマ中の集団運動そのものに興味を持ち、核融合というよりプラズマ基礎物理のほうに移っていきましたが、今日は、最近のニュースから、核融合についての話題を取り上げてみましょう。

太陽は、核融合反応にともなうエネルギーを放出しています。プラズマの温度を上げて、プラズマ中の原子核同士を衝突させると、核融合を起こします。始まりは水素です。原子番号１の水素同士が核融合により原子番号２のヘリウムとなり、次に水素とヘリウムが核融合を起こし、原子番号3のリチウムとなり、さらに原子番号4のベリリウム、原子番号5のホウ素、というように次々に元素が生成されて、原子番号26の鉄まで核融合反応により生成されます。核融合反応は鉄を生成するところで、止まります。1978年のノーベル賞講演でカピッツァ（1894-1984）は制御核融合について語っています。科学研究は、問題を見つけるものの、解決策は予期できないところからやってくる、だから面白いと。

自然界には原子番号92のウランまで存在します。ウランのように重い原子核は分裂してより軽い原子核となります。ウランは核分裂して原子番号56のバリウムと原子番号36のクリプトンになります。核分裂も原子番号26の鉄まで分裂するとそれ以上は進行しません。鉄は安定な元素で、それ以上は分裂しないわけですが、では鉄より重い元素は、そもそもどのようにしてできたのか、という疑問が起こります。恒星の進化の最後と考えられる、超新星爆発に伴って、生成されたのだろうと考えられていました。

2016年7月、新しい元素が発見されたニュースが新聞をにぎわせました。原子番号30の亜鉛イオンを、原子番号83のビスマスイオンにぶつけて、核融合を起こし、原子番号113の元素（ニホニウムと命名されました）を作り出したというのです。しかし作られたニホニウムは安定に存在することなく、１分もしないうちに、核分裂し、より軽い元素に変化していくのです。

2017年10月3日、二つのブラックホールが合体した際に出た重力波を検出した３人の物理学者に、ノーベル物理学賞が与えられることが発表されました。時空のゆがみが宇宙を伝わってくるのを測定したということで、これによって光をはじめとする電磁波に頼っていた宇宙観測が、新たな観測道具を手に入れたことになります。

続いて10月16日、超高密度の天体である二つの中性子星の合体による重力波と、それに伴う放射線を帯びた金属性の破片の放出が観測されたことが報告されました。これまで鉄より重い元素は、超新星爆発で生まれると考えられてきたのが、中性子星の合体で生まれる可能性が出てきたのです。新しい答えが予期せぬところから出てきました。

中性子星合体からの重力波検出と重金属放出を突き止めたのは、世界中の約3500人の研究者が関わっています。近代科学の発展には、コペルニクス（1473-1543）・ガリレオ（1564-1642）・ニュートン（1642-1727）・マクスウェル（1831-1879）・アインシュタイン（1879-1955）といった天才の連鎖が寄与してきましたが、現代科学の発展は多くの研究者の協力体制によって、新たな発見が成し遂げられていくように思えます。地上に太陽を作るという核融合の夢は、現在国際協力による巨大プロジェクトとして続けられています。

横浜での指導教授の田中裕先生は、その後中部大学に移られ、私が中部大学に赴任した春に鎌倉で亡くなられました。そして、この11月、カナダで一緒に研究した先輩広瀬章先生の訃報が、サスカトゥーンから届きました。二人とも、私の人生に大きな影響を与えてくださったことを、感謝するとともに、ご冥福をお祈りします。

11月にはいって秋晴れの日が続きました。11月2日、埼玉県川越市と入間市で幻日が見えたというニュースが目に留まりました（weathernews、11月2日川越市撮影13時、入間市撮影14時）。太陽の両脇に小さな幻の太陽が虹色に輝く現象です。その日埼玉は秋晴れで気温は朝方6℃ぐらいであったのが、午後には20℃近くに上がっていました。天気が下り坂の時に薄雲が広がってくると「幻日」が見られると、Weathernewsの解説にありました。ネットにあげられた写真を見ると、太陽の周りにはうっすらと雲が見え、太陽を通る水平線上の両脇に虹っぽい輝きが見えます。

このニュースに接して、カナダの冬になると毎日のように見えていたサンドッグ（sundog）のことを思い出しました。北米大陸中央部の、プレーリーと呼ばれる大平原にあるカナダ　サスカチェワン州のサスカトゥーンに7年あまり住んでいました。北緯52度。北海道の宗谷岬が45.5度ですから、相当北に位置します。12月には－20～－35℃の寒い日が続きます。－40℃に達することもありました。乾燥しているので雪が降っても、雪の結晶がそのまま落ちてくるような感じです。道は交通量の多いところは雪が取り除いてありますが、歩く道は踏み固められていて用心深くそろそろ歩くことになります。

冬のある朝、車で大学に向かっているとき、目の前の南サスカチェワン川の向こうに朝日が昇る美しい光景を見ました。朝日は大地から顔を出して大きく光り、その輝く光の帯は空に向かってまっすぐ上に伸びているような感じです。さらに車を走らせると、南サスカチェワン川のほとりに沿って植えられた木々に隠れていた、本物の太陽が現れました。それは強烈な光を出して、俺が本物だといわんばかりの輝きでした。実は最初に見えたのは、サンドッグ（sundog）と呼ばれ、モックサン（mock sun）とも言われる偽りの太陽、幻日だったのです。気象用語で幻日のことは英語でparhelion （複数形はparhelia）と言います。

朝日に伴って現れる幻日を写真に撮ることは難しいことです。太陽に向かってカメラを向けるからです。ある日、夕日に伴って現れた幻日を撮ることに成功。1979年2月、午後5時、気温は－25℃でした。住んでいたアパートの前の駐車場で撮った写真です。中央のホンモノの太陽は電柱で隠すようにして2枚の写真をつなぎ合わせています。太陽の両側に幻日があります。写真では少し色づいた幻日（輝点）は外向きに白い光がのびています。夕方の薄暗い感じに撮れていますが、日没は6時頃でしたので、写真の時にはまだ明るい午後の感じでした。プロが撮った写真も掲載しておきます。一つは地元の新聞に載った白黒写真で、サスカトゥーンで南サスカチェワン川越しに撮影されたものです。もう一つはサスカトゥーンの西500ｋｍにある、隣のアルバータ州のロングビューというところで撮影されたものです。ともに見事に太陽と、その両脇に見える幻日を一枚の写真にとらえています。アルバータ州の写真では、幻日は太陽に近い方が赤く色づいている様子が写し出されています。

カナダの冬には特異な自然現象がみられる。空中の氷の結晶の屈折現象により中心の太陽（写真中央）の左右に太陽と見間違えるほどの明るい偽の太陽、サンドッグができる。我々の住んでいたサスカトゥーンのアパートの前の駐車場で撮影。1979年2月半ば午後5時、気温はー25℃。

サスカトゥーンの地元紙Star Phoenixに掲載された南サスカチェワン川越しに見えるサンドッグの写真。記事には適切な説明が添えられていたのでそのまま引用します。Whenever there are ice crystals or frost in the air, sundogs may appear on either side of the sun. These mock suns, properly called parhelia, occur when the sun shines through a thin cloud composed of hexagonal ice crystals. They can create a halo or luminescent ring and usually the inner edges closest to the sun will appear reddish, while the outer portions are white. (Nancy Russel, November 4, 1978, Star Phoenix)

幻日。Cally Coman 撮影。場所はサスカチェワン州の西隣のアルバータ州Longviewの近く。幻日は太陽に近い側が赤色、太陽から遠い側が紫色となっている。

サスカトゥーンでは毎年12月の始めには、サンドッグフェステイバルというのがあって、クラフト〔工芸〕の展示と即売会が行われていました。地元ではサンドッグは冬の風物詩であり、極寒の象徴でもありました。その名前を真冬に行われるフェステイバルの冠に使うことによって、地元の青年たちが地域の活性化を夢見たのでしょう。幻日が二つの輝点（視点vision）であるように、自分たちの作品を通して自分を磨く夢と、地域を活性化するという二つのビジョン（vision）を追いかけたのかもしれません。このブログを書くにあたって、サスカトゥーンのことをネットで調べてみると、今もってそのフェステイバルが続いていることを知りうれしく思ったところです。どうしてsundogというのか、その由来はよくわからないようですが、ネットで調べると北欧神話の中で描かれている、太陽を両脇から襲う2匹の犬（狼）という説があるということです。確かに二つの幻日ということで、sundogsという複数形でも用いられています。

サンドッグは極寒の地では良く知られる自然現象ですが、最初の冬には気がつかなかったのです。その理由のひとつは日の出、日の入りの時刻にあります。サスカトウーンは高緯度に位置するため、12月になると日の出は午前9時ごろで、日の入りが午後5時ごろです。まだ薄暗い朝8時には出勤し、暗くなった夕方6時ごろ帰宅する生活だったので、日の出、日の入りを見る機会が少なかったのです。もうひとつの理由は、着るもののせいだと思います。昼間も幻日は見えることも多いのですが、とにかく歩く道は凍っていて、外を歩くときには、ダウンのフードつきの膝まで隠れるパーカを着ています。ファスナーを閉めて、首の周りをしっかり守り、ファー付きフードをしっかり被り、前方に突き出すように伸ばせば、耳を完全に守り、吐く息で顔の前にある空間を暖め、－30℃の冷気があっても顔の皮膚が守られます。つまり前方しか見えない状態になります。そんなパーカを着ていれば、滑らないように下を向いて歩くし、空を見上げるためにはフードを上げなければならないので、立ち止まってなかなか太陽を見上げるということをしなかったのです。

虹は太陽を背にして、太陽の反対側を中心とした視半径42°の円弧として現れますが、幻日は太陽を中心として視半径22°なので、虹の半分ぐらいの広がりを持っています。虹は空中に浮く球状の雨粒による光の屈折と反射で、太陽と反対側にできるのに対して、幻日は、地面に対してほぼ平行に空中に浮かぶ六角板状の氷晶による屈折によって像を結びます。六角板状の氷晶は落下に伴う空気抵抗のために地面に対してほぼ水平に浮かびます。太陽光が入射する面と出ていく面が、60度の角度をなすため、氷晶は頂角60度のプリズムの役割を果たします。屈折した太陽光は、太陽から22°離れた位置からやってくるように見えるものが最も強くなって、太陽の両側に二つ輝点ができるようになるのです。通常、六角板状の氷晶の並び方は地面に対してほぼ平行になっているものの、水平からのばらつきにより輝点の上下に光の広がりを伴うことになります。

太陽が地面に近い日の出や日の入りの頃には、半径22°の環と太陽を貫く水平線の交わる点に幻日ができます。太陽が高くなると氷晶による像は太陽を囲む半径22°のぼんやりした光の環となり、ハロー（halo）、暈（うん、かさ）、特に太陽の周りにできるということで、日暈（にちうん、ひがさ）と呼ばれています。

幻日はサスカトゥーンのような極寒の地で、空中に氷晶が浮いているところでよく見られる現象です。それでは、どうして11月の秋晴れの日に、埼玉県で幻日が観測されたのかという疑問が残ります。それは薄雲（うすぐも）が広がっていたことに関係がありそうです。雲には地上付近にできるもの、上空にできるもの、その中間でできるものによって、雲の形状が変わり、薄雲と呼ばれるものは5～13km上空でできるということです。ジェット機に乗っておよそ10km上空を飛んでいるとき、外気は大体―55℃になっています。日本では1km上昇するごとに、気温は約6.5°C降下することが知られており、埼玉の薄雲があった上空は十分温度が低くて、六角板状の氷晶が空中に浮いていたものと考えられます。ただし、サスカトゥーンで日の出、日の入りに際して見られるような、強烈な幻日は、極寒の地に独特のものといえるかもしれません。

（1）虹：虹は空中の水滴によって太陽と反対側に視半径42°の円弧を描く。これは球状の水滴の中で光の反射、屈折によって引き起こされる。さらに外側に薄く虹が見えることがある。視半径51°で、これは水滴の中で2回反射が起こることによるもので、色の並び方が逆になる。

（2）幻日：幻日は太陽の両脇にできる明るい輝点で、幻日の上下に光が伸びる。日の出、日の入りの頃は特に輝きを増し、外側に雲のような白い帯を引く。

（3）幻日は空中に浮かんでいる六角板上の氷晶による屈折により起こるもので、反射によらないため、太陽と同じ側に太陽の両脇に、視半径22°のところに見える。