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オーロラ

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よみ方

おーろら

英 語

aurora

説 明

磁場を持つ惑星の極域に見られる大気の発光現象。惑星磁気圏中のプラズマ粒子が、磁力線に沿って惑星に降下して大気粒子と衝突すると、大気粒子を励起し、励起状態から戻るときに発光する。降下粒子の種類及びエネルギーと大気粒子(原子、分子、イオン)の種類によってX線から赤外線までさまざまな波長域の光が放出される。出現しやすい場所は磁気緯度がほぼ一定の、惑星磁極を取り囲むリング状の領域なのでオーロラ帯と呼ぶ。

以下では地球のオーロラについて解説する。太陽からのプラズマの流れである太陽風は常に地球に吹き付けており、地球磁場と相互作用して、その中の粒子は磁気圏の夜側に広がるプラズマシートと呼ばれる領域を中心に溜まっている。プラズマシート中のプラズマ粒子が何らかのきっかけで磁力線に沿って加速し、地球大気の電離圏に高速で降下することがある。この高速粒子が大気粒子と衝突すると、大気粒子が励起されそれが元の状態に戻るときに発光する。

オーロラは地表からの高度100 km から500 km の電離圏内に現れる。この高度での地球大気の主成分は、窒素分子、酸素分子、酸素原子であり、上空に行くほど軽い酸素原子と窒素分子の割合が大きくなる。可視光のオーロラは主に電子の降下による発光で、酸素原子による赤色(波長630 nm)と緑色(558 nm)のオーロラが卓越している。緑のオーロラの最も明るい部分は高度110 km 付近、赤いオーロラの最も明るい部分は250 km 付近である。

宇宙から地球を見た時に、「その瞬間瞬間にオーロラが現れている場所」はオーロラ帯とは異なり、昼間側では「オーロラ帯」よりも高緯度側にシフトした卵型(オーバル)をしているので、オーロラオーバルと呼ばれる。地球の磁気圏の形は、太陽活動(太陽風の強度)や太陽風の中の磁場の向きなどにより常に変動している。したがって、オーロラは太陽の活動と密接に関係している。黒点フレアが多く太陽活動が活発な時期には、プラズマシートの密度が高くなりオーロラオーバルが明るくなって、普段はオーロラが見えない低緯度地域でもオーロラが見られることがある。2024年5月11日には日本各地で低緯度オーロラが見られた。オーロラが低緯度でも見られるということは、大量のプラズマが低緯度地域にも侵入しているので、地磁気が乱れる磁気嵐による通信障害や送電網への悪影響などの災害にも注意が必要である。

地球以外でも、木星土星天王星海王星などにオーロラは観察されており、大気と固有磁場を保有する惑星では普遍的な現象である。木星では、太陽系最大の磁気圏中にイオという粒子源があるため、広い波長にわたりさまざまなオーロラ発光が観測されている。太陽系外惑星でも磁場と大気を持つ天体であれば、オーロラは存在する可能性が高い。固有磁場のない火星では、オーロラは存在しないと考えられていたが、マーズエキスプレス探査機は、火星の残留磁場による紫外線のオーロラを発見した。

 

 

 

2024年05月20日更新

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    関連画像

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    太陽風と地球磁気圏とプラズマシート
    出典 国立極地研究所
    polaris.nipr.ac.jp/~aurora/aboutAurora/aboutAurora_frame.html
    オーロラが光っている高さ
    出典 国立極地研究所
    polaris.nipr.ac.jp/~aurora/aboutAurora/aboutAurora_frame.html

    Dynamic Explorer-1(DE-1)衛星が観測した北極(左)と南極(右)のオーロラオーバル
    出典 国立極地研究所
    https://polaris.nipr.ac.jp/~aurora/aboutAurora/aboutAurora_frame.html

    オーロラ。2014年3月29日アラスカのフェアバンクスにて撮影。
    (撮影とクレジット:石川勝也)
    http://www.neptune.carina.gr.jp/wp/
    アイスランド北部のゴーザフォス(「神々の滝」の意)の上に舞うオーロラ。アイスランド人がキリスト教を受け入れるに当たって、それまで信じていた神の像を投げ込んだことからこの名がついた(2019年4月9日撮影)。
    (撮影とクレジット:畑 英利)
    2024年5月11日に長野県で観測された低緯度オーロラ(長野県木曽郡木曽町)。名古屋市科学館が東京大学木曽観測所に設置している星空ライブカメラによる全天画像(提供:名古屋市科学館)。
    名古屋市科学館の以下のサイトでは、都会(名古屋市科学館)と山奥(木曽観測所)の毎日の空を比較できる
    http://www.ncsm.city.nagoya.jp/astro/nagoyakiso/
    ハッブル宇宙望遠鏡による木星北極域の紫外線オーロラ。左側の点は衛星イオからのびる磁力線管が木星大気に当たる場所で、イオ起源粒子の衝突による発光が起きている。下側の2つの輝点は衛星ガニメデ、エウロパ起源のものである。(NASA)