明滅するオーロラの起源をERG(あらせ)衛星が解明
-宇宙のコーラスにあわせて密かに揺れる電子の挙動がつまびらかに-

金沢大学総合メディア基盤センターの笠原禎也教授の研究グループは東京大学,名古屋大学,大阪大学,東北大学,宇宙航空研究開発機構と共同で,明滅するオーロラの起源をジオスペース探査衛星ERG(あらせ)の観測により解明しました。

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(※1)のエネルギーが急激に解放されることで生じる現象です。典型的なオーロラ嵐では,よく知られたカーテン状の明るいオーロラに加えて,淡く明滅する斑点状のオーロラ(脈動オーロラ, pulsating aurora)が現れて舞い乱れます。この明滅するオーロラは,磁気圏の高エネルギー電子が高度100km程度の上層大気に向けて降ったり止んだりすることで生じていますが,その間欠的な降り込みを起こす物理プロセスを観測的に捉えることは,これまで非常に困難でした。

今回,研究チームは,2017年に観測を開始したJAXAのジオスペース探査衛星ERG(あらせ)(※2)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ました(図1)。これまでにない高精度で磁気圏の電子の分布を計測することにより,磁気圏内を往復運動する電子がプラズマ波動によって揺さぶられ地球の大気に向けて降り注いでいくという物理プロセスが,明瞭に示されました(図2)。今後,電子の降り込みがいつ,どこで起きるかを,さらに詳細に調べることは,オーロラの多様性を理解するうえで非常に重要な情報となるとともに,宇宙空間で普遍的に起きているプラズマ波動と電子の相互作用の詳細な理解につながります。

本研究成果は,2018年2月14日午前6時(イギリス時間)に英国総合学術雑誌「Nature」のオンライン版に掲載されました。

 

図1:明滅するオーロラの起源をERG(あらせ)衛星のプラズマ観測で解明

 

図2:(a)磁気圏内で磁力線に沿って往復運動する電子。(b)コーラス波動の電磁力により往復運動が破られ,磁力線に沿って大気に降り込もうとする電子。(c)降り注ぐ電子で発生するオーロラ。 ©ERG science team

 

解説動画  ©ERG science team

高解像度の動画は、以下のリンクよりご覧いただけます。

テロップ無し,BGM無し:https://vimeo.com/255271743

テロップあり,BGMあり:https://vimeo.com/255272730

【用語解説】
※1:太陽風
太陽から吹きだすプラズマ(電子と陽子)の風のこと。平均的な速度は秒速500km程度。プラズマが太陽の磁場を引きずり出すようにしながら地球磁気圏に吹きつけることで,太陽風のエネルギー(の一部)が地球磁気圏内に蓄えられる。

※2:ジオスペース探査衛星ERG(あらせ)
ERG衛星は2016年12月にJAXA(宇宙航空研究開発機構)内之浦宇宙空間観測所から打ち上げられ,2017年3月から定常観測を開始。今回はこの衛星に搭載されている機器のうち,中間エネルギー電子分析器(MEP-e),プラズマ波動・電場観測器(PWE), 磁場観測器(MGF)の3台を使用した。

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詳しくはこちら[PDF]

Nature

研究者情報:笠原禎也

 

 

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