【本研究のポイント】
・太陽フレア（※1）によって 202４年 5 月 10 日に発生した巨大磁気嵐（※2）に伴う特異なプラズマ圏（※3）・電離圏（※4）電子密度の時間・空間変動の観測にジオスペース（※5）探査衛星「あらせ」（※6）（以下「あらせ」衛星）が成功。
・プラズマ圏の大きさが地球半径の 1.5 倍の高度域にまで急速に縮小し、元の状態に回復するまで 4 日以上も要していたことを発見。
・プラズマ圏に存在する荷電粒子の起源である電離圏の電子密度が高緯度から低緯度に至る広範な領域で静穏時と比べて最大で 90%減少していたことを確認。
・他の磁気嵐イベントと比べて極端にプラズマ圏の回復時間が長く、それには長時間の電離圏電子密度の低下が関与していることを明示する事例。
【研究概要】
金沢大学学術メディア創成センター／先端宇宙理工学研究センターの笠原禎也教授、理工研究域電子情報通信学系／先端宇宙理工研究センターの松田昇也准教授は、名古屋大学宇宙地球環境研究所の新堀淳樹特任助教などの研究グループと共同で、全球測位衛星システム（GNSS）（※７）と探査衛星「あらせ」などの観測データを解析し、2024 年 5 月 10日に発生した巨大磁気嵐時のプラズマ圏と電離圏の電子密度の時間変化と空間構造の観測に成功しました。
観測データにおいて、通常、地球半径（6,378 km: 赤道半径）の 4～6 倍の高度域までの宇宙空間に広がっているプラズマ圏が地球半径の 1.5 倍の高度域にまで急速に縮小し、元の状態にまで回復するまでに 4 日以上要していたことが分かりました。この回復時間は、通常の磁気嵐時に比べて約 2 倍長いことが統計解析からも明らかになりました。また、GNSS による電離圏電子密度観測からは、高緯度から低緯度に至る広範な領域で電離圏の電子密度が静穏時と比べて最大で 90%減少し、その状態が少なくとも 2 日以上も継続していたことが分かりました。
本研究は、このような巨大磁気嵐がもたらした異常な電離圏の希薄化がその上空の宇宙空間に広がるプラズマ圏の回復を阻害していることを初めて観測データ解析から明らかにしました。電離圏の希薄化は、電離圏での反射を利用した短波通信障害の原因となります。また、磁気嵐時のプラズマ圏の構造変化は、ジオスペースにおける高エネルギー粒子の生成に関わる電磁環境を制御します。これらは、宇宙の安全な利用に向けた宇宙天気の観点で予報が必要な項目です。本研究結果は、発生頻度の少ない巨大磁気嵐時の地球周辺の宇宙環境変動予測にも貢献する重要な事例です。
本研究成果は、2025 年 11 月 20 日 17 時（日本時間）付 Springer Nature 社刊行の地球科学総合国際学術雑誌『Earth, Planets and Space』に掲載されました。
【用語解説】
※ 1：太陽フレア
太陽表面付近に存在する磁場によって引き起こされる数分から数時間のタイムスケールで起こる多波長の増光現象。
※2：磁気嵐
地磁気が通常の状態から数時間から 1日程度の時間をかけて減少し、その後数日かけて徐々にもとの強さまで回復していくという過程をとる地磁気擾乱現象。この過程の中で地磁気が減少して磁気嵐が発達する過程を主相、回復する過程を回復相と呼ぶ。磁気嵐時に変化する地上磁場は通常時の地上磁場の 1000 分の 1 程度であるが、巨大磁気嵐の場合は通常時の地上磁場の 100 分の 1 程度にも達する変化が観測される。
※3：プラズマ圏
電離圏起源の低エネルギー（低温）の荷電粒子群（プラズマ）から構成され、比較的高密度のプラズマが存在する領域。この領域は、電離圏の外側から地球磁気圏の内側に存在し、その外側境界でプラズマ密度が 1 桁程度、急激に減少する。その境界はプラズマ圏界面と呼ばれている。
※4：電離圏
地球を取り巻く超高層大気中の分子や原子が、紫外線やエックス線などにより電離した、高度約 60～1,000ｋｍの領域。この領域は電波を吸収、屈折、反射する性質を持ち、これによって短波帯などの電波伝搬に影響を及ぼす。
※5：ジオスペース
人類の活動域となりつつある、地球周辺の宇宙空間。
※6：ジオスペース探査衛星「あらせ」
2016年12月に打ち上げられたジオスペース内の宇宙電磁環境の変動などを観測するJAXAの探査衛星 。
あらせ衛星に搭載された「プラズマ波動・電場観測器」は笠原教授が責任者（PI）、松田准教授がデータマネージャを担当しており、今回の発見の鍵となる高精度な宇宙空間の電子密度観測が実現した。
※7：全球測位衛星システム（GNSS）
アメリカの GPS、日本の準天頂衛星（QZSS）、ロシアの GLONASS、欧州連合の Galileo 等の衛星から発せられる信号を用いた位置測定・航法・時刻配信を行う衛星測位システムの総称。その中で、よく認知されている全地球測位衛星システム（GPS）は、上空約 2 万 km を周回する GPS 衛星（6 軌道面に３０個配置）、GPS 衛星の追跡と管制を行う管制局、測位を行うための利用者の受信機で構成される。
ジャーナル名：Earth, Planets and Space
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