炭素１４事件ファイル所属ゼミ：物理ゼミ２年４組１番第１章青井柾樹はじめに第１節テーマ設定の理由ことの発端は日本史の授業で「炭素１４年代測定法」を学んだことである。不安定な原子（炭素１４）がβ崩壊することによって、ある物体中に含まれていた数が減りそれを元にその物体がいつ頃のものなのかを割り出すのだという。なんとも面白いやり方である。私はその後、この測定法についてもう少し見てみたいと思い調べてみることにした。ところが、調べてみると日本の教授がこの炭素１４についてごく最近、とても興味深い論文を発表していたのを発見したのだ。はじめは何の気なしに見ていたのだがどうやら宇宙が絡んでいるらしく、さらにはいまだに謎は解けていないらしい。宇宙は人類にとって「脳」と並ぶ未開拓分野であり謎が多い。その教授の論文によると人類最後のフロンティアである宇宙とそこに浮かぶ地球との関連性がこの炭素１４の謎をひも解くことでまた新たな一歩を踏み出すことができると言う。宇宙は私にとってとても興味がそそられる対象の一つである。したがって今回新たに踏み出さんとするその背景をみてみたいと思い調べてみることにした次第である。第２節研究のねらい炭素１４が急増したその原因と考えられているものの理解。また、それらの現象が地球に及ぼす危害などの調査。炭素１４が増加したその意味について。第３節研究内容と方法第１項研究の内容炭素１４急増のメカニズムの調査と、それが暗示していること。当時の歴史文書などを参考に調べ一つ一つ原因を検証していく。第２項研究の方法関連ドキュメンタリーを軸にインターネットなどで肉付けをしていった。 1 第２章研究の発展第１節研究の始まり物語の始まりはある一本の木からは始まった。名古屋大学・太陽地球環境研究所の増田公明准教授らが過去の宇宙線量を調べるために屋久杉の年輪を調査したところなんと７７４から７７６年にかけて通常の２０倍にまで及ぶ炭素１４値が確認されたという。これは過去３０００年で最大級の増加である。また、その後も十数年おきに小規模であるが増加現象が見られるのだ。一体このことは何を意味しているのだろうか。ここでは炭素１４がどのような原子であり、それが増加したことの重大性を明らかにしていきたいと思う。第１項炭素１４炭素１４はもともとこの地球上にあるものではない。宇宙から降り注ぐ宇宙線粒子が大気に進出したときに大気原子核と衝突して反応をおこし二次宇宙線（宇宙線が大気と反応することで大気中で生成された宇宙線）を生成するとともに多くの放射性同位体をつくりだす。この際、成層圏で窒素原子（Ｎ）に熱中性子（ｎ）が吸収されることでできあがるのが放射性炭素１４（Ｃ）である（Ｎ+ｎ＝Ｃ+ｐ）。さらに放射性同位体であるがゆえに半減期があり、５７３０±４０年でβ崩壊してしまう。したがって炭素１４は自然界に全ての炭素中の 1 兆分の 1 だけしか本来存在していないのだ。このように炭素１４は宇宙からの宇宙線によってつくられるもので逆にその量を測定することで各年代の宇宙線強度の変化を知ることができるのだ。ゆえに炭素１４の値が通常の２０倍にあがった７７４から７７６年にはそれほどの量の宇宙線が異例にも地球にふりそそいだということになるのである。宇宙線と地球環境の関連性はいまだ解明には至っていないがオゾン層の破壊など何らかの影響があることは明白である。今後このような宇宙線の増加が起きた際に人類にとって何かしらの悪影響をおよぼすかもしれない。それ故に過去の宇宙線分析として炭素１４の研究は重要視され行われているのである。第２項炭素１４の保存法放射性元素である炭素１４が大気中で生み出されると安定化するために大気中の酸素と結合して二酸化炭素となる。それを植物や木々が光合成のため体内に取り込むことによってその時代の炭素１４が年輪などに記録されるのだ。また、地球上の生物は植物がつくりだした有機物を食べることによって生きており、それによって植物が取り込んだ炭素１４が動物の体内にも取り込まれる。故に生きている間は体内の炭素１４値と大気中の炭素１４値の割合が等しくなっているのである。しかし、命が終わりを向かへ地中に埋められるなどして宇宙線を浴びなくなったり摂取しなくなったりすると 2 体内の炭素１４値が半減期に伴って減少していく。この時の崩壊が実に規則正しいため、この量をもとに生き物が何年前に生命活動を停止したのかを求めるのが炭素１４測定法である。このように蓄積された炭素１４の通常の２０倍（核爆発実験が行われていた１９６０年代ごろの変化とよく似ている）もの量が今回樹齢１９００年の屋久杉から発見されたということである。なを、この増加は南極のアイスコアからも検知されており、このことが地球規模で起こったことであると考えられる。第３項宇宙線宇宙線とは宇宙空間に存在する高エネルギーの放射線のことである。陽子やヘリウム、鉄の原子核らが“何らか”の加速機構によって非常に高いエネルギーまで加速された状態の粒子で、その粒子の宇宙線構成割合は９０％が陽子１個でできた水素原子核、９％がヘリウム原子核、残り１パーセントが素粒子やヘリウムより重い原子核となっている。この粒子が持っているエネルギーはＭａｘで人工的に作り出せるエネルギー粒子の約１０００万倍のエネルギーに相当する。しかしながらこの起源となるものはいまだに判然しておらず宇宙物理学上の謎とされているのだ。また、粒子加速はいたるところにあるプラズマがおこす普遍的現象であり地球近傍や太陽の表面でもスケールは違うが同じことが起こっている。なを、太陽の表面は地球に最も近い宇宙線源であり太陽フレアによってそれが行われている。このような宇宙線が大気と接触するとこの節の第２項で述べたとおり大気中の原子核と反応するのであるがここではもう少し詳しく述べたいと思う。宇宙線が大気と反応すると、その強大なエネルギーにより原子核を破壊して中間子という新しい粒子を多数生み出すのだ。それらもまた高速で動き回り、そうすることでさらなる中間子を生み出してその数をネズミ算式に増やしながら自らのエネルギーを落としていくのだ。こうして、いろいろな放射性同位体（炭素１４、ベリリウム１０など）を作り出すと同時に自らのエネルギーは低下していき最終的に地表に降り注ぐのである。第４項過去の記録と被害ここでは７７４年の炭素１４増加に伴い世界でそのころの人たちが一体何を目撃したのかを知るため過去の歴史書を見ていきたいと思う。１イギリス：ケンブリッジ大学図書館「アングロサクソン年代記」日没直後の天空に赤い十字架が現れた２フランス：フランク王国ＶＳザクセンの戦中に目撃された 3 「ラテン語の文章」赤く燃えさかる二枚の盾が教会の上を動いていくのが見えた３中国：夜、東の方角の月の上あたりにぎょしゃ座からふたご座、ウミヘビ座にかけて「旧唐書」１０余りのまるで絹のような光沢のある光の帯が現れた４日本：「続日本紀」白虹が現れたというように世界各地で奇妙な現象が記録されている。故にこの現象は世界規模であったことが分かり歴史書に記録されるほど当時の人の印象に残るものだったと思われる。なを、科学的に考えるとこのように地球規模で異常がみられるほど大幅に宇宙線が増大するとオゾン層が破られ地球上に大変多くの紫外線がふりそそいだ可能性がある。そうなると、当時は世界的に日焼けや白内障、皮膚がんなどの患者が増大し、加えて小麦や大麦などの農作物の生長が阻害されるなどして大規模な食糧難もあったと考えられる。第2節犯人さがしここからはいよいよ炭素１４が増加したことの原因について述べていこう。第 1 節の第 4 項で示したように宇宙線の増加は環境にも人体にも共に大きな影響力を及ぼす可能性がある。故にこれからの地球環境に多大な影響を及ぼしかねない犯人を我々人類はこれからもこの地球で暮らしていくためにも突き止めなくてはなるまい。その犯人捜しをこの節では第 1 節の内容をふまえてやっていきたいと思う。第１項容疑者ファイル１：超新星爆発最初の候補は発生時多くの宇宙線を出すことで知られる「超新星爆発」である。超新星爆発とは巨大な星が長年の間燃え続け、その最期にみせる大爆発現象のことだ。約 1 億年の寿命を終えた太陽の３～８倍もの質量をもつ巨大な星の死の瞬間のきらめきは突然新しい星が生まれたかのように明るく光り、月のない夜でも外で本を読むことができるくらいである。記録された超新星爆発では 1986 年のケンタウルフ座があげられる。起こってから十日間はどんどん輝きを増していき最盛期には太陽十億個分のエネルギーを放出、その後百日かけてゆっくりとかがやきをうしなっていった。その際にはシリコン、カルシウム、コバルトなどが宇宙空間にばらまかれた。さらにガンマ線も放出される。星間空間磁場の影響を受けないほどの高エネルギーのガンマ線は大気との反応で中性子を作り、炭素１４が生まれるきっかけをつくる。 4 このように超新星爆発ならイギリスやフランスで目撃された赤い十字架や盾などの輝きを説明することができる。が、残念ながら増加した炭素１４の値に似合う宇宙線のエネルギーを放出する超新星爆発の残骸が発見できないのである。超新星爆発はその巨大さゆえに残骸がのこる。今回の炭素１４の増加に似合うエネルギーは地球から２ｋｐｃ（＝６５２０光年）のところで超新星爆発をおこしたＳＮ１００６星と仮定すると必要な全エネルギーは１０の 53 乗ｅｒｇであり通常の超新星爆発としては大きすぎる。しかし、ＳＮ１００６星の１/１０の距離で爆発が起きたのであればエネルギーが１/ １００となり矛盾が起こらないのだが、残念ながらそのような位置に超新星爆発の残骸は認められないのだ。第２項容疑者ファイル２：太陽フレア第２の候補には地球に最も近い宇宙線源である太陽表面で起こる「太陽フレア」が挙げられている。太陽フレアは、黒点の周囲で突然大きなプラズマの炎が発せられたときにその上空に蓄えられた磁場エネルギーが短時間に開放されることによって起こる現象である。もし、原因が太陽フレアなのであるならばオーロラを連想させる中国や日本の歴史書にある白い絹や白虹の説明がつく。巨大なフレアなのであれば空の輝きも理解できる。が、通常のフレアは１０の２９乗～３２乗ｅｒｇであるのに対し、７７６年ごろの炭素１４値の増加ほどの現象を起こすには１０の３５乗ｅｒｇものエネルギーを必要としこれは１８５０年～の間で観察された最大級のフレア（カリントンフレア）の１０倍ほどの大きさが必要となり、少々考えにくい。また、同じような現象として太陽に隕石や彗星が衝突することによって大量の宇宙線が飛び出してこのような膨大なエネルギーを発したとも考えられる。太陽には１週間に数個ほどの隕石または彗星が衝突しているので可能性は否定できないが、７７６年のような増加をするには直径５０ｋｍ前後のへールボップ彗星クラスのものが衝突する必要があり、これもまためったに起こるものではない。さらに、太陽による宇宙線の影響だと考えると年輪やアイスコアに記録されていた炭素１４とベリリウム１０の生成割合が一致しない。第３項容疑者ファイル３：ガンマ線バースト第３の候補は「ガンマ線バースト」だ。これは、太陽の数十倍の質量をもつ星の超新星爆発で起こる宇宙で最も大きなエネルギーを放つ現象の一つである。数秒のうちに高エネルギーのガンマ線を垂直方向に大量放出するのだ（ジェット）。炭素１４が地球の大気でできるのはほとんど第１項の超新星爆発で述べたのと同じ原理であり、３０００～１２０００光年内ならエネルギーも矛盾しない。また、超新星爆発と違ってそのあまりに大きすぎる重力によって中心のコアがつぶされ、中心部にブラックホールが形成される。ゆえにジェットを垂直方向に放出するのと同時に周囲の物質が円盤状に落ち込んでゆき、跡形もなくなることで残骸問題は解決されと考えられる。が、この現象はめったに 5 起こるものではない（*諸説ある）。加えて、輝いている時間は一瞬であるため肉眼での確認は難しいと考えられる。図：第２節のまとめ候補／整合性超新星爆発 ◎ ・歴史書に合う × ・残骸がない可能範囲・６２５光年内・エネルギーが適さない太陽フレア・歴史書に合う・エネルギーが適さない・炭素１４とベリリウム１０・カリントンフレアの１０倍の大きさの生成割合の矛盾隕石・彗星・歴史書に合う・エネルギーが適さない・炭素１４とベリリウム１０の生成割合の矛盾ガンマ線バースト・残骸が残らない・歴史書の不一致・エネルギーが・あまり確認されていない現適する・ヘール・ボップの大きさの彗星が太陽に衝突する・３０００～１２０００光年内象・生成割合の一致第３節考察以上のことを総合的に考えて、私は今回の炭素１４の増加についてその犯人は「太陽フレア」であると結論付ける。２節によると一番疑われるのは「ガンマ線バースト」であるが、今まで正式に確認されたガンマ線バーストは「ＧＲＢ９８０４２５」であり地球からの距離は１億２２００万光年である。ゆえにいまだ銀河系内（直径１０万光年）では観測されたことはないのだ。加えて炭素１４の突発的増加は１度きりではなく９００年代にも増加値は少ないが似たような値をしめす働きかけがあったのが確認されている。そう考えると一番現実的なのが、太陽フレアということになる。炭素１４とベリリウム１０の比率は、宇宙線のエネルギー量に関するものなのでたとえ太陽フレアでも同じような比率を出すことは不可能ではない。が、カリントンフレアの１０倍の太陽フレアとなるといささか考えにくいが、この時代太陽の活動が活発であってその結果特大の太陽フレアが起こったとしかいまの私には言いようがないのだ。また、逆の考え方もできる。地球に飛来する宇宙線量はおもに太陽の活動によって決められている。太陽の活動が活発であればあるほど太陽系外からの宇宙線量は減少させられるのだ。ゆえに、この時代の太陽活動が活発でなかったために太陽系外からの宇宙線が多量に地球に降り注いだのではないか、というものである。しかしながら、７７６年の増加に似合うだけの値を出すのは確率的にカリントンの１０倍より難しいと思われる。よって、私は「太陽フレア」 6 が今回の事件を引き起こした犯人だと結論づける。第２章感想・まとめ残念ながら結果として消去法的に結論づけることとなってしまったが、専門知識に欠ける私にはそのようにするしかできなかった。しかし、もし本当に太陽フレアが原因なのであれば私たち人類は至急それに対する対策を講じなければならない。なぜならば、２１世紀のこの世の中を動かしているのはほかならぬ電気だからだ。第１節の第４項で述べたような人的被害のほかに社会的な被害、それも多大な被害がでてしまうことになる。その理由は太陽からの宇宙線は電気を帯びていることにある。そのために地球の磁場と相互作用をおこすのだ。それにより地上の送電線に異常なほどの電流が流れこみ電気回路がすべて壊れてしまう事態に陥ってしまうことがありうる。そうなれば各地で停電が起こり、金融関係のシステムはすべてダウン。送電ネットワークが破壊され電力を必要としているあらゆる産業、社会活動が麻痺する。カリントンフレアでさえアメリカだけでも１兆ドルの被害が出ると予測されている。その１０倍のフレアが来たとするならばその被害ははかりしれない。我々にはそういった見えない危険が常にあるのを忘れてはいけないということを、今回の研究をとうして私は思い改めた。また、過去の大きな宇宙環境の変動になぜこれほど研究者たちが騒ぎ立てるのか、少しだけ理解することができた気がする。それは、地球環境との関連を解析することによってこれからの地球環境の変動を予測するのに非常に重要だからである。第３章参考文献ドキュメンタリー番組：「コズミックフロント」インターネット：「炭素１４の増加」「超新星爆発」「ガンマ線バースト」「宇宙線」「太陽フレア」の関連記事参照 7