オーロラ粒子の加速領域は超高高度まで広がっていた~オーロラ粒子の加速の定説を覆す発見~

金沢大学の笠原禎也教授および日本,台湾の研究者からなる共同研究グループは,JAXAジオスペース探査衛星「あらせ」(以下,「あらせ」)搭載の高角度分解能電子観測機器「LEPe」を含む包括的な宇宙空間観測機器と,米国THEMISチームの展開する高時間空間分解能の地上全天カメラを用いたオーロラ協調観測によって,オーロラアーク上空において,高度30,000km以上もの超高高度まで広がるオーロラ電子が加速されている領域(※)を発見しました。

この発見は,オーロラの電子は数千km高度で加速されているという過去50年にわたって信じられてきた定説を覆すもので,オーロラ発生機構に新たな謎をもたらします。

今後,超高高度加速域の謎を解き明かすことで,木星や土星でのオーロラや,パルサーなどの天体磁気圏における電子の加速メカニズム過程の解明にも大きく貢献することが期待されます。

本研究成果は,2021年1月18日付(日本時間1月18日19時)にNature系学術誌『Scientific Reports』のオンライン版に掲載されました。

なお,ISEEには,JAXA宇宙科学研究所と共同で「あらせ」のサイエンスセンター(統合データサイエンスセンター)が設置されており,世界中にデータを公開しています。(https://ergsc.isee.nagoya-u.ac.jp/)。

 

 

図1.

オーロラの緯度分布と「あらせ」観測の時系列データ。粒子,電場,磁場の特性はこれまで低い高度で観測された典型的なオーロラ加速域の描像と整合する。  

図2.

図1の(1)の時刻での,電子の位相空間密度の速度分布と,衛星より下側の加速から予測される降り込み可能な領域の境界(青線)。下向き加速された電子が、降り込み可能な領域の内側で観測され,さらに対応するオーロラ発光高度での消失による上向き電子の欠損が観測された。

 

図3.

本研究のまとめ。高高度の「あらせ」と地上の全天カメラにより,オーロラ加速領域は「あらせ」の上側にまで広がり,超高高度から加速された電子がオーロラ発光領域まで降り注いでいることが示された。

【用語解説】

※オーロラ(電子)加速領域/加速域
ディスクリートオーロラと呼ばれる,明るく境界のはっきりしたオーロラを光らせるもととなる電子を加速する静電場のある領域。中心に向かうほど電位の低いU字型の電位構造を持っている。電子を下向きに加速する上向き電場があるのは,主に高度数千kmの領域とされる。この電場が生成される仕組みには多くの仮説があり,今のところはっきりとはしていないが,典型的な加速域高度では性質の異なるプラズマが混じり合うことで生じる局所的な電子とイオンの分離(ダブルレイヤー)が有力な説の一つとされる。

 

詳しくはこちら

Scientific Reports

研究者情報:笠原 禎也 

 

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