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オーロラはどのようにしてできるの?

地球科学

テレビで見かけるオーロラ。とてもキレイだけど、そもそもどうやってできるんだろう?

  • 昨日のテレビでオーロラを見たんですけど、とてもキレイでした。でも、そもそもオーロラってどうやってできるんですか?
  • オーロラは、「太陽風」と呼ばれる太陽から飛んでくるプラズマの流れが、地球の大気と衝突したときに生まれる現象なんだ。プラズマは電気を帯びた粒子、つまり電子やイオンで、それが地球の磁気圏の内部に入り込むと、磁気嵐が発生し、エネルギーが高い状態になったプラズマが大気中の酸素や窒素とぶつかることで発光するんだ。
  • なるほど。ということは、オーロラができるためには「大気」と「磁場」が必要なんですか?
  • その通り! だから、太陽系の中でも、オーロラが見える惑星は限られているんだよ。例えば、磁場がない金星や火星、磁場はあっても大気がない水星では、オーロラは見えないんだ。一方で、木星や土星には磁場と大気があるからオーロラが見えるね!
  • 地球に生まれてよかった!・・・では、オーロラはなぜあんなにきれいな色をしているんですか?
  • オーロラの色は、プラズマが大気中のどの元素とどのくらいのエネルギーを持って反応するかによって変わって来るんだ。大気は高度によって成分や密度が異なるため、オーロラが発生する高度によって輝く色が決まってくる。
  • 基本的には、酸素と反応すると赤色や緑色に、窒素と反応すると青色やピンク色に光るのだけれど、非常に高度の高い部分では大気が薄く、また、大気中の酸素原子の割合が大きいため、赤く発光し、もう少し高度の低い部分では、窒素と、酸素が発光した赤と青とが混ざり合って緑白色になる。高度の低い部分では、大気中の分子の密度が高く、酸素は発光することができないため、窒素の発光する青色やピンク色になるんだ。
  • なるほど!・・・ところで、なぜオーロラは北極圏や南極圏でしか見られないんですか?
  • 地球は北極方向をS極、南極方向をN極とする巨大な磁場を形成しているんだ。磁力線はS極とN極に集まってくる。そのためプラズマ粒子も磁場に沿って北極や南極の方に集まってくるというわけなんだ。
  • 残念だな……。日本でも見られるとよかったのに。
  • 確かにそうだね。でも、磁場が地球を守ってくれていないと、「太陽風」は地球に悪影響をもたらすんだよ。
  • え、そうなんですか?
  • 例えば、太陽風の影響で、地球を取り囲む放射線帯の粒子が増えると、人工衛星が壊れて機能停止や通信障害が起きてしまうんだ。また、宇宙ステーションで活動する宇宙飛行士も被曝(ひばく)の危険があるため、船外活動ができなくなってしまうね。
  • それは困りますね。
  • それだけじゃない。太陽表面の黒点付近で起きる「太陽フレア」という爆発現象があるけど、このフレアから噴出した高速プラズマ雲が地球磁気圏を壊すと、地上でも深刻な被害が生じる。
  • 例えば1989年、カナダのケベック州では電力網が破壊され大停電に陥ってしまったんだ。さらに、通常の太陽フレアの約千倍ものエネルギーがあり数千年に一度の頻度で起こると推測される超巨大な爆発現象であるスーパーフレアがもしおきれば私たちの人類社会はどうなってしまうか、わからないよ。過去に太陽でスーパーフレアが起きたという記録はないけど、これが恐竜の絶滅の原因とする説もあるぐらいなんだ。
  • ええ!対策はないんですか?
  • 太陽風の地球への悪影響を予測する「宇宙天気予報」が最近注目されているよ。
  • 予報の実現のためには、太陽で起こるさまざまな現象のうち、どれが地球に悪影響を及ぼす太陽風を生むのかを知り、それがどのように加速され、いつ地球に到達するのか正確に予測することが必要になる。これらを明らかにするために人工衛星や、コンピュータシミュレーションなどの技術を駆使して、世界中で研究が進められているんだよ。
  • 宇宙にも天気予報があるんだ! 太陽や宇宙も、いろいろ研究されているんですね。
  • その通り! 宇宙観測では、「ライダー(LIDAR)」と呼ばれる装置を利用して高度100キロ前後にある大気圏と宇宙空間の狭間にあたる場所での観測も進んでいるよ。世界各地の観測地点で、上空の大気の状態を観測すれば、地球環境全体の変動の観測に役立つのではないかと期待されているんだ。
  • 宇宙を観測していると、地球のこともわかるってなんだか不思議ですね。知らない世界がまた一つ明らかになろうとしている気がします!
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