一瞬だけ光るオーロラから宇宙のコーラス電磁波の発生域における周波数特性を解明

 金沢大学理工研究域電子情報通信学系の尾﨑光紀准教授,八木谷聡教授,今村幸祐准教授,金沢大学学術メディア創成センターの笠原禎也教授,名古屋大学宇宙地球環境研究所,国立極地研究所,電気通信大学らの共同研究グループは,オーロラ現象の地上観測から,宇宙で発生するコーラス電磁波(※1)の発生域における周波数特性を明らかにしました。

 半世紀以上にわたり世界中の科学衛星は,地球周辺の宇宙でプラズマを加速させる自然電磁波のコーラス電磁波を調べています。コーラス電磁波は,地球周辺のプラズマを放射線になるまで加速させるだけでなく,地球磁力線に沿ってプラズマを地上へ降下させフラッシュオーロラ(※2)などの特殊なオーロラ現象を発生させます。コーラス電磁波は,電子ジャイロ周波数(※3)の半分を基準に,高周波コーラスと低周波コーラスに分かれて観測されています。コーラス電磁波の周波数により,コーラス電磁波が影響を与える電子エネルギーは異なります。このため,宇宙の発生域におけるコーラス電磁波の周波数分布を明らかにすることは,地球周辺プラズマ環境の理解に重要です。しかし,コーラス電磁波は発生域から離れて伝搬するため,科学衛星による電磁波観測だけでは発生域と発生域から離れた位置のコーラス電磁波の周波数分布を区別することが困難でした。

 本研究グループは,コーラス電磁波に伴い発生するオーロラ現象であるフラッシュオーロラの時間特性から,宇宙のコーラス電磁波の周波数分布を調べました。低いエネルギーのオーロラを光らせる電子は地上に遅く到達,高いエネルギーの電子は地上に速く到達し,電子エネルギーはコーラス電磁波の周波数と関係するため,オーロラの時間特性から宇宙のコーラス電磁波を調べられると考えました。オーロラ観測とコンピュータによる数値計算を駆使し,宇宙の発生域において低周波から高周波までコーラス電磁波の周波数分布が連続であると,観測されたフラッシュオーロラの時間特性を再現することができました。つまり,衛星位置が発生域かどうかを特定することが難しかったため,衛星位置において低周波コーラスと高周波コーラスは,それぞれ分かれて観測されることがありましたが,コーラス電磁波の発生から伝搬までの全ての物理過程を含んだフラッシュオーロラを解析したからこそ,遠くの宇宙で発生するコーラス電磁波の周波数特性を詳細に明らかにすることができました。

 コーラス電磁波は,地球だけでなく磁石になっている他の惑星でも観測されています。しかし,磁石になっている水星においてコーラス電磁波はまだ調べられていません。現在,水星に向けて宇宙空間を航行中の水星磁気圏探査機「みお」との電磁波観測と本研究で明らかとなった地球での知見を比較することにより,水星におけるコーラス電磁波の電子への影響が明らかになることが期待されます。

 本研究成果は,2022年5月11日9時(米国東部標準時間)に米国地球物理学連合の発行する論文誌『Geophysical Research Letters』に掲載されました。

本研究は,日本学術振興会科学研究費助成事業(JP15H05747, JP16H06286, JP20H02162)の支援を受けて実施されました。

【用語解説】
 ※1 コーラス電磁波
 電子が磁力線に沿って,らせん運動することによって生じる自然電磁波のこと。

※2 フラッシュオーロラ
 カーテン状に揺らめくオーロラと異なり,1秒以下の発光時間で突発的に発光する雲状のオーロラ現象のこと。

※3 電子ジャイロ周波数
 電子が磁場に対して回転運動する周波数のこと。

 

詳しくはこちら(PDF)

 

・ Geophysical Research Letters

・ 研究者情報:尾崎 光紀
   研究者紹介動画「Researcher's Voice」(日本語版)
   研究者紹介動画「Researcher's Voice」(英語版)

・ 研究者情報:八木谷 聡

・ 研究者情報:今村 幸祐

・ 研究者情報:笠原 禎也

 

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