極地研ら,オーロラ爆発で低高度に侵入した電子を観測

国立極地研究所(極地研)らは,オーロラ爆発の際,宇宙空間のヴァン・アレン帯(宇宙空間の中で、高エネルギーの電子が地球の磁場に捉えられているドーナツ状の領域)から地球に降り注ぐ高いエネルギーの電子の数が急増し,上空65km付近という比較的低い高度の大気を電離させていることを,昭和基地の大型大気レーダー「PANSYレーダー」とジオスペース探査衛星「あらせ」(ERG衛星)での観測から明らかにした(ニュースリリース)。

オーロラが急激に明るく光る「オーロラ爆発」と呼ばれる現象が南極・昭和基地上空で世界時2017年6月30日22時20分から約5分間にわたって発生した。このとき,オーロラよりもはるかに低い65km高度で通常は電離しない高度の大気が,オーロラの光る高度と同様に電離していたことが確認された。

宇宙空間から降ってきてオーロラを光らせる数keVの電子は高度100km付近の大気を電離させて止まるが,そのとき発生するX線は,オーロラよりも低高度の大気を電離させることが知られている。したがって,PANSYレーダーの観測結果の解釈として,「オーロラ爆発の際にオーロラX線が大量に増えた」という可能性が考えられた。一方で,「ヴァン・アレン帯電子が,オーロラ爆発と同時に大量に降ってきた結果」という可能性も考えられた。

今回,研究グループは,電子が大気に入射した際に発生するX線や大気電離を計算できるモンテカルロ型シミュレーション「PHITS」によって,オーロラX線とヴァン・アレン帯電子の両者が引き起こす電離度を見積もり,研究を行なった。

その結果,高度65km付近ではオーロラX線による電離はわずかであり,電離のほとんどはあらせ衛星で観測されたヴァン・アレン帯電子の大量降下のために起こったことが明らかになった。このシミュレーション結果は,昭和基地に導入されているオーロラカメラやリオメータ等の様々な観測装置のデータとも整合的であり,どのくらい高いエネルギーの電子が宇宙から大気へ降り込んでいたかが確実に推定できた。

また,ヴァン・アレン帯電子の流入は,オーロラ爆発の数時間後に発生する脈動オーロラ(オーロラの一形態。ぼんやりとしたパッチ的な形状で、数秒間に1回明滅する)の時に起こることが知られていたが,今回,オーロラ爆発の直後にも起こりうることが判明した。

なぜその限られた時間だけヴァン・アレン帯電子が大気まで落ちてくるための道が開通するのか,という具体的な仕組みは明らかになっていない。研究グループは,今後,先端的なシミュレーション研究や「あらせ」等による宇宙空間の直接観測データの詳細な分析など,さらなる研究が必要としている。

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