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オーロラ(aurora)とは極域近辺に見られる大気の発光現象。

◆概要

名称はローマ神話の暁の女神アウロラ(Aurora)に由来する。「極光(northern lights)」とも称される。明るさはレイリーで表され、通常は数キロ〜数十キロレイリー、明るいもので百キロレイリー以上になる。

日本本土で見られる確率が非常に少ない現象であることから、日本語(和語)は存在しない。

北欧神話においてオーロラは、夜空を駆けるワルキューレたちの甲冑の輝きだとされる。

◆発生の原理

太陽に端を発する「太陽風」と呼ばれるプラズマ粒子の流れが地球磁場と相互作用し、複雑な浸入過程を経て地球磁気圏内の夜側に広がる「プラズマシート」と呼ばれる領域にたまる。プラズマシート中のプラズマ粒子が地球大気(電離層)に向かって高速で降下し、大気中の粒子と衝突すると、大気粒子が一旦励起状態になり、それが元の状態に戻るときに発光する。これがオーロラの光である(発光の原理自体は蛍光灯と同じ)。

オーロラは肉眼では白くぼんやりとしか見えないことが多いが、それは発光自身が暗いためでいくつかの色をもっている。本が読めるほどの明るいオーロラだと、はっきりとその色を識別できる。

肉眼で見られるオーロラの色はほとんどが電子の降り込みが原因で、発光が起こっている高度によって違う。上方の高度200 km以上では赤色(630nm)、200kmから100kmの低高度では緑色(557.7nm)、そして稀に100km以下の最下部にピンク色や紫色を見ることができる。赤と緑は酸素原子によるもので、ピンク色(連続光)は窒素分子、紫(427.8nm)は窒素分子イオン(N)による。通常見られるのは緑色のオーロラである。これは大気の主組成の高度変化と関連しており、100km以上では窒素分子に比べ酸素原子が卓越していることを示す。また赤と緑の境は酸素原子の密度変化が影響している。降り込む電子のエネルギーが高くなると、平均的なオーロラの発光高度は低くなる。太陽活動現象に伴う磁気嵐により、たまに日本のような低緯度地方でも赤いオーロラが観測されることがある。これは磁気嵐によって磁力線が低緯度側にゆれることや、赤いオーロラが高高度であるために地平線に沈みにくいことと関係がある。

プロトン(陽子)オーロラの場合、励起され発光するのは降下してくるプロトン自身である。

オーロラ領域から観測されるのは可視光だけではなく、紫外線や、「AKR」と呼ばれるkm帯の電波、さらには振込み電子の制動輻射によるX線など様々な波長の電磁波が存在する。

◆オーロラの分類

オーロラはその形態によって、カーテン状にはっきりと光る「ディスクリートオーロラ」、ぼんやりと光る「ディフューズ(拡散)オーロラ」、またオーロラオーバルの内部に太陽と地球を結んだ方向へと発達する「極冠域オーロラ」に分けられる。

ディスクリートオーロラはプラズマシート中の電子がサブストームのような地球磁気圏内の爆発的な過程から極域に流入し、オーロラ上空に存在する磁気圏夜側の電場構造により加速され、地球高層大気の電離層にまで一気に降り込んで大気中の酸素原子や窒素分子と衝突して地球大気を光らせる現象である。ディスクリートオーロラを引き起こすオーロラ電子加速電場の成因には様々な説が提唱されているが、その完全な解明には未だ至ってはいない。

ディフューズオーロラはプラズマシートの電子や陽子が地球磁気圏内の波動によりピッチ角散乱を受け、振り込んでくるものである。ディフューズオーロラは、時に1秒から10秒程度の周期で光度を変えることがあり、脈動(Pulsating)オーロラと呼ばれることもある。

また極冠域オーロラは、太陽風中の惑星間空間磁場の急激な変化によりプラズマシートの形状が変形して現れる。このようにプラズマ粒子の電磁流体力学的な振る舞いにより、極域オーロラの活動や活動域は地球磁気圏内の構造や物理過程と直結している。

◆オーロラの見られる場所

オーロラは南極と北極においてほぼ対称的に発生する。また完全な極点近傍ではあまり発生せず、緯度が大体65度から80度の、地球の磁極を取り巻くドーナツ状の領域に高頻度で発生する。この領域を「オーロラオーバル(オーロラベルト)」と呼ぶ。オーロラがこの領域でよく発生するのは、オーロラ発光の原因であるプラズマ粒子がほぼ磁力線に沿って動くという性質を持っていることと関係している。プラズマ粒子がその主要な供給源であるプラズマシートから地球電離層まで磁力線に沿って進入すると、このドーナツ上の領域にたどり着くため、そこでオーロラが発光しやすいのである。

カナダのイエローナイフやユーコン準州のドーソンシティ、アラスカのフェアバンクスがオーロラがよく見られる場所として有名で、多くの観光客や写真家が訪れる。南極の昭和基地でもオーロラがよく見られ、観測が行われている。

また、稀ではあるが日本でもオーロラを観測出来ることがある。多くは北海道であるが、1958年2月11日には北陸から関東にかけて、さらに1770年9月17日には長崎でも観測されたという記録が残っている[外部リンク] 日本でも赤いオーロラが見られた!(NAOニュース)。

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