東大,明滅するオーロラの物理プロセスを同定

著者: sugi

東京大学の研究グループは,宇宙航空研究開発機構(JAXA)のジオスペース探査衛星あらせ(ERG)の電子・プラズマ波動データを解析し,明滅するオーロラの源たる物理プロセスの同定に成功した(ニュースリリース)。

高緯度地方の夜空を覆うオーロラ嵐は,磁気圏に蓄えられた太陽風のエネルギーが急激に解放されることで生じる。この明滅するオーロラ(脈動オーロラ)は,磁気圏の高エネルギー電子(数十キロエレクトロンボルト)が高度100km付近の上層大気に向けて降ったり止んだりして生じることがわかっている(電子が降り込むと,そのエネルギーで励起された大気の原子・分子が発光する)。

通常,磁気圏内の電子は,磁力線方向に沿った南北運動を繰り返しており,地球の大気に降ってくることはない(オーロラは見えない)。ところが,何らかの理由で往復運動が破れ,電子が地球の大気に到達することがある(オーロラが見える)。

この往復運動を破るメカニズムの違いが,オーロラの多様性を生む。特に脈動オーロラの場合は,「コーラス波動 (chorus waves)」と呼ばれるプラズマ波動の一種が,電磁力で電子の往復運動を破り,大気への降り込みを駆動するものと考えられてきた。しかしながら,そのような「電子の往復運動の破れ」の発生する現場を直接観測することは実現できていなかった。

この問題に挑むため,研究グループは,ジオスペース探査衛星あらせ(ERG)によるプラズマ観測と,米国のTHEMIS地上全天カメラによるオーロラ観測が,同時に実施された事例のデータを解析した。今回着目したイベントは,全天カメラの一つが明滅するオーロラを捉えており,かつ,その視野の中にあらせにつながる磁力線の根元(フットプリント)があった。

このイベントにおけるデータを解析したところ,間欠的に発生するコーラス波動と同期するようにして,降り込み電子も大きく変動する(コーラス波動が強まると,降り込み電子が現れる)様子が明瞭に捉えられた。これは,前述のようなコーラス波動による「電子の往復運動の破れ」の決定的証拠で,世界で初めて観測されたもの。

また,磁気圏内であらせが捉えた降り込み電子の変動と,全天カメラの捉えたオーロラ明滅との同期も期待されるが,実際に,それらの強度の間によい相関があることも確認できた。

このように,(1)コーラス波動の発生 →(2)波動による電子の揺さぶり,「往復運動の破れ」→(3)電子の大気への降り込み →(4)オーロラの発光,という一連のプロセスが間欠的に起きることで,明滅するオーロラが発生していることが決定的になった。

これらの知見は,地球周辺の宇宙環境がどのように変化するかの解明につながるとともに,木星や土星といった他の惑星の磁気圏も含めて,宇宙空間で遍く起きているプラズマ現象の詳細な理解にもつながることが期待されるものだという。

キーワード:

関連記事

  • 小糸製作所,月面活動向け照明技術を開発へ

    小糸製作所は,トヨタ自動車と同社がJAXAと研究開発を進める月面での有人探査活動に必要な有人与圧ローバー(ルナクルーザー)の船外照明の技術開発に関する契約を締結し,同研究開発に協力することを決定した(ニュースリリース)。 […]

    2025.10.17
  • 東大ら,宇宙望遠鏡で活動的なブラックホールを観測

    東京大学,中国 武漢大学,愛媛大学,立命館大学,国立天文台は,ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡(JWST)を用いて129億年前の宇宙に存在する活動的なブラックホール(クェーサー)を観測した(ニュースリリース)。 JWSTの […]

    2025.09.25
  • 愛媛大ら,すばると宇宙望遠鏡でブラックホール発見

    愛媛大学の研究グループは,すばる望遠鏡の広域探査で見つけた初期宇宙の最高光度の銀河11個をターゲットとして,ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡による超高感度観測し,7個の銀河の中に,塵に隠れて潜む巨大ブラックホールを発見する […]

    2025.09.17
  • ABCら,原子惑星への物質落ち込みの証拠の光を発見

    アストロバイオロジーセンター(ABC),米テキサス大学,東京大学,国立天文台,工学院大学,中国北京大学は,VLT望遠鏡に搭載されたた多天体分光器MUSEを用いた分光観測により,ぎょしゃ座AB星 b(AB Aur b)から […]

    2025.09.12
  • NAOJ,宇宙望遠鏡でヘビ使い座A領域の惑星を発見

    国立天文台(NAOJ)は,最も近い高密度星団形成領域であるヘビ使い座A領域において,ALMA(アタカマ大型ミリ波サブミリ波干渉計)とJWST(ジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡)の高解像度観測データを駆使し,この領域の星形成 […]

    2025.09.10
  • 京大ら,外層を失い最深部が露出した超新星を発見

    京都大学,米ノースウェスタン大学,スウェーデン オスカー・クライン・センター,イスラエル・ワイツマン科学研究所らは,外層をほとんど失い,最深部がむき出しになった大質量星が爆発したと考えられる超新星を世界で初めて発見した( […]

    2025.08.22
  • 愛媛大ら,ブラックホールX線連星の観測結果を発表

    愛媛大学,福岡教育大学,ミシガン大学は,2023年に打ち上げられたX線分光撮像衛星XRISM(クリズム)による,天の川銀河にあるブラックホールX線連星4U 1630-472の観測結果を発表した(ニュースリリース)。 ブラ […]

    2025.08.19
  • 東大ら,史上最も明るいガンマ線バーストを検出

    東京大学,千葉大学,京都大学は,観測史上最も明るいガンマ線バースト(GRB),GRB 221009Aからの高エネルギーガンマ線放射の検出に成功した(ニュースリリース)。 GRBは宇宙で最も強力な現象の1つで,太陽が一生の […]

    2025.07.31
  • オプトキャリア