極地研ら,中間圏で高エネルギー電子を検出

国立極地研究所(極地研),金沢大学,名古屋大学,東京大学,東北大学,JAXA宇宙科学研究所,電気通信大学などの研究グループは,地上と衛星の同時観測により,地球周辺の宇宙空間で生まれる電磁波が原因で,南極や北極の上空の深くまで,すなわち成層圏近くまで高エネルギーの電子が降り注いできていることを世界で初めて明らかにした(ニュースリリース)。

今回研究グループは,地球周辺の放射線環境を調査する科学衛星「あらせ」と,昭和基地に設置された南極最大の大気レーダー「PANSY」,並びに,PANSYと似た緯度経度にある北極の大気レーダー「MAARSY」による同時観測を実施した。

両レーダーとも,上空に向けて強力な電波を発射し,大気中で散乱され戻ってきたわずかな電波(反射エコー)を検出することで,大気の動き(風)や,電子密度を観測する。この研究では,反射エコーから電子密度の増加,つまり大気層への高エネルギー電子降り込みを検出した。

宇宙と地上での観測の結果,「あらせ」が宇宙空間で観測した電磁波と,南北両半球の大気レーダーが捉えた上空55~80kmからの強い反射エコー,つまり高エネルギー電子の降り込みが,同時に発生し,良く似た時間変動をしていることを明らかにした。

同時刻に,北極のアイスランドでは,脈動オーロラが観測されていた。これらの現象の良い相関は,宇宙空間で生じた電磁波が,北極でオーロラを発生させた数十keV以下のエネルギーの電子だけでなく,はるかに高いエネルギー(数百~数千keV)の電子を南北両極の上空深くまで降り込ませ,大気を電離した証拠となるという。

これらの現象は,太陽から吹いている高速太陽風の前面が地球に到達した直後に,明け方の時間帯で発生した。高速太陽風の到来は,(1)地球周辺の地磁気の圧縮,(2)オーロラ爆発,をもたらした。(1)は電磁イオンサイクロトロン波を成長させ,(2)は宇宙空間夜側から熱い電子を朝側に運び,コーラスを発生させたと考えられるという。

これらの電磁波が宇宙空間に存在する高エネルギー電子と相互作用して,南北両極の大気に電子を落とし,上層で脈動オーロラ,下層で中間圏の大気電離を引き起こしたことが明らかになった。

今後,小規模なオーロラ現象が,どのくらい高エネルギー電子を降り込ませ,地球の気候変動に影響を与えるのか,定量的に調査することが重要だとしている。

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