オーロラが発生するしくみ

オーロラはどのように発生するのでしょうか?
北極や南極など、地球の極地でのみ見られる現象です。


大雑把にいうと、太陽フレア(爆発)によって放たれた太陽風に含まれる(電離してイオン化した)高エネルギーの粒子が「地球の磁気圏」に到達したあと、太陽と反対側(夜側)に吹き流された磁気圏の長い尾の部分(プラズマシート)に滞留し、その後、地球の磁力線に沿って降下し、地球の上層にある電離層(成層圏や中間圏のさらに上)にある酸素原子窒素原子と衝突して各原子が励起(高いエネルギーを持った不安定な状態となる)され、(それがまた、エネルギーの低い状態に戻るときに)光を放ち(放電)、地球の極地周辺でリング状に(とくに夜側で強く)発生する現象です。
(とはいえ、まだわかってないことも多いようです)

 

太陽風と地球の磁気圏

地球には「磁気圏」と呼ばれる厚い磁場の層があります。

地球は巨大な棒磁石のようなもので、北極側がS極、南極側がN極であるため、方位磁石を使うと、N極の針はS極のある北を常に指します。この磁石は南から北へ向かう磁力線があり、これにより作り出された磁場が、地球をドーナツのように取り囲み(ヴァン・アレン帯といいます)、宇宙から地球に降り注ぐ有害な放射能や紫外線を防いでいるのです。

 

 

プラズマシート(吹き流された磁気圏の尾)

プラズマシートという磁気圏の長い尾の部分に太陽風のエネルギー(プラズマ)が滞留します。その後、地球の磁力線に沿って高速で降下していきます。

 

 

さてその後、磁力線から侵入した太陽風のプラズマと地球の大気とが衝突するのですが、この時に熱圏という電離層にある酸素原子や窒素原子が励起という状態を起こして、光(電磁波)を放出しオーロラとなります。原子から光や電気、音が放たれるのです。それは原子の持つ、電気的なエネルギーの性質によるものです。

 

 

原子が持つ電気的な性質

原子は、原子核と電子からなり、原子核はプラスの電荷(電気)を帯び、電子はマイナスの電荷を持っており、普段はプラスとマイナスが安定した状態になっています。このバランスが失われ、プラスかマイナスのどちらかに偏ると電気的な状態(イオン)となります。このプラスイオン(電子を失ってプラスの電荷を帯びた状態の原子)と電子が分離し、混在した状態の気体がプラズマです。

 

 

太陽、オーロラ、雷、炎、蛍光灯などもプラズマ

銀河団、太陽、オーロラ、雷、炎、蛍光灯はプラズマです。

プラズマは、固体、液体、気体(物質の三態)のどの状態とも違う「第4の状態」ともいわれます。宇宙に存在する質量のうち、なんと99%以上がプラズマの状態にあるといわれます。固体、液体、気体は全質量のうち1%未満しかないのです。

 

 

地球の大気の上層部にある電離層(熱圏)では、宇宙からの紫外線やX線により、酸素原子や窒素原子が電離(イオン化)した状態となっており、全体としてプラズマとなっていて、電波を反射する性質を持っています。ここで有害な紫外線を弾いています。

オーロラは、この電離層で生じる現象です。

太陽風のプラズマと電離層の酸素原子、窒素原子が衝突して、励起し、光を放ちます。

上空100km~150km圏は大気の密度が高く、オーロラの光は緑色のカーテンとなり、さらにその上空150km~200km圏では大気の密度が薄く、赤色のカーテンとなる。それぞれの色は、原子から放たれる波長の違いによって異なる色となって現れます。

 

 

励起とは、原子が安定した状態からエネルギーを持った状態になること

励起とは、外部からのエネルギーや熱、粒子の衝突などによって、原子核を周回していた電子が軌道を変え、外側を周回するようになることで、高いエネルギーを持った不安定な状態(励起状態)となることを指します。これが元の軌道(基底状態)に戻る時に、発する光がオーロラです。

 

 

太陽からやって来たエネルギーと地球の大気が触れ合って、〝励まされて〟、元気になって光り輝く、といえばわかりやすいですね。

 

このような原理を解明したのはビルケランドというノルウェーの物理学者で、オーロラは、宇宙から強力な電流が流れ込んで生じることを実験によって証明したそうです。

このことから太陽風と地球磁場の交錯は、自然の大発電所とも考えられます。

オーロラの光を電力に換算すると、100万メガワット~100億キロワットにもなるそうで、日本とアメリカの電力量を補って余りあるほどの大電力だそうです。いつか、これをクリーンエネルギーとして活用する未来が到来するかもしれません。

 

大地から発生するオーロラもあるそうです。

 

ISS国際宇宙ステーション)から見たオーロラと夜景

 

法華経の題目は日輪と雷との如し

日輪とは太陽、太陽も雷もプラズマです。

一念のエネルギーが大宇宙に遍満します。

 

日本でも北海道では見られるそうですが、

いつか荘厳な光のカーテンをこの目で見てみたいです。

 

最後までお読みくださり、ありがとうございました。