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宇宙の電磁波の「さえずり」がオーロラの「またたき」を制御 ー北極域での高速オーロラ観測と科學衛星「あらせ」による國際協調観測ー

細川敬祐教授(電気通信大學)を中心とする國際共同研究グループは、科學研究費基盤研究S「極限時間分解能観測によるオーロラ最高速変動現象の解明(代表 藤井良一)」によって北極域(北歐、アラスカ)に設置された高速オーロラ撮像裝置と、宇宙航空研究開発機構(JAXA)の科學衛星「あらせ」による協調観測を実施し、宇宙空間で発生するコーラス波動の秒以下で起こる変化(宇宙の電磁波の「さえずり」)に呼応して、地上から観測されたオーロラの秒以下の脈動が変動すること(オーロラの「またたき」)を初めて示しました。

地球周辺の宇宙空間(ジオスペース※1)にある高エネルギー電子は、人工衛星の障害を引き起こすなど人間の宇宙空間での活動に影響を及ぼします。また、最近の研究によって、これらの高エネルギー電子は地球大気の奧深くまで進入し、オゾン層を部分的に破壊する可能性があることも分かってきています。このように、ジオスペースの高エネルギー電子の振る舞いを知ることや予測することは、私たちの生活とも密接に関係しています。このジオスペースの高エネルギー電子の増加には、宇宙空間で発生する自然電波の一種であるコーラス波動※2が関係していると考えられています。

本研究成果は、様々なヴァリエーションを持つオーロラの形態が宇宙空間の電磁波の変動によって制御されていることを強く示唆しています。この関係を用いることで、地上からのオーロラ観測によって宇宙空間のコーラス波動の変化を推測することができます。観測衛星の數が制限されていることから宇宙空間での電磁波観測點は極めて少なく、観測によってコーラス波動の分布を直接知ることは難しいのが現狀です。しかし、本研究成果により、地上からのオーロラ観測によって宇宙空間のコーラス波動の二次元分布を推測することが可能となります。本研究を応用して、地上からのオーロラ観測から高エネルギー電子の増減を予測することで、安全かつ安定した宇宙活動に貢獻することが期待できます。

【ポイント】

  • これまでは、観測の時間分解能※3が不足しているために、オーロラの秒以下の「またたき」を制御している要因がコーラス波動の「さえずり」であることを実証することができなかった。
  • 北歐とアラスカに設置された高速オーロラカメラと科學衛星「あらせ」による國際協調観測により、オーロラの「またたき」がコーラス波動の「さえずり」に対して、秒以下の時間スケールで完全に呼応していることが実証された。
  • この成果は、オーロラが持つ多様な形態を説明する糸口になるだけでなく、人工衛星の障害を引き起こすヴァンアレン帯※4の電子の形成過程の解明にもつながる。

この研究成果は、2020年2月25日(英國時間10時,日本時間19時)に、Nature系の學術論文誌「Scientific Reports」のオンライン版に掲載されました。

図1:(左)コーラス波動によってジオスペースの電子が叩き落とされ、磁力線に沿って地球大気へ降下し、オーロラを光らせる様子。(右)本研究によって北歐とアラスカに設置された高速オーロラカメラによる観測の模式図。

【用語解説】

(※1)ジオスペース
數多くの人工衛星が飛翔する地球近傍の宇宙空間のこと。太陽の活動(主として太陽から來るプラズマの風である太陽風)の影響を受けてその環境が亂れ、人工衛星の運用や宇宙通信環境に影響を與えることが知られている。本研究において科學衛星「あらせ」が探査したジオスペースの領域は、地球中心から地球半徑の6~7倍程度離れた領域となっている。

(※2)コーラス波動
電子が磁力線に沿って、らせん狀に運動することによって生じる電磁波。ジオスペースの朝側の領域において高い頻度で発生する。電磁波の強度を音聲に変換すると、鳥が「さえずる」ように聞こえるために、"コーラス" 波動と呼ばれている。

(※3)時間分解能
計測データの取得(サンプリング)間隔の短さを意味する。計測の対象となる自然現象が速い時間変化を示す場合には、より短い時間間隔でデータのサンプリングを行い、「時間分解能の良い観測」を行う必要がある。

(※4)ヴァンアレン帯
エネルギーの高い荷電粒子(電子やイオン)が地球の固有磁場に補足される形で存在しているジオスペース中の領域のひとつ。太陽風の影響を受けて荷電粒子の量やエネルギーが増大し、その領域を飛翔する人工衛星の運用に影響を與えることが知られている。

詳細(プレスリリース本文)PDF

問い合わせ先

東北大學大學院理學研究科?理學部
広報?アウトリーチ支援室
TEL.022-795-6708 
FAX.022-795-5831
E-mail:sci-koho*mail.sci.tohoku.ac.jp(*を@に置き換えてください)

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