【研究】オーロラの「またたき」を制御するのは宇宙の「さえずり」

しじみ

ジオスペース探査衛星「あらせ」と地上からの光学観測を組み合わせることによって、脈動オーロラの「またたき」には高エネルギー電子のコーラス波動による「さえずり」が影響していることが初めて示された。

【2020年3月12日宇宙科学研究所】

私たちを楽しませてくれる美しいオーロラは、地球周辺の「ジオスペース」と呼ばれる宇宙空間にある高エネルギー電子が地球の大気にぶつかって生じる発光現象だ。オーロラは形が明瞭な「ディスクリートオーロラ」と形があいまいな「ディフューズオーロラ」に分けられ、このうち後者は、ジオスペースに存在する電子が磁力線に沿ってらせん状に運動することによって生じる「コーラス波動」に揺さぶられた電子が地球へと注ぎこまれることで発生すると考えられている。

このディフューズオーロラを高速オーロラカメラで撮影すると、ほとんどの場合、数秒から数十秒の間隔で明るくなったり暗くなったりする「脈動オーロラ」がとらえられる。脈動オーロラの明るさの変化には、数秒から数十秒のビートで明滅する「主脈動」と、1秒間に3回くらいの「内部変調（またたき）」が重なり合う「階層的周期構造」が存在する。

JAXAのジオスペース探査衛星「あらせ」と地上からの光学観測を組み合わせた研究によって、脈動オーロラが脈を打つペースはコーラス波動が強くなったり弱くなったりするリズムによって決められていることがこれまでに明らかになっていた（参照：「衛星「あらせ」、明滅するオーロラの起源を解明」）。さらに、脈動オーロラの一種である「フラッシュオーロラ」という瞬間的に発光するオーロラがコーラス波動によって作り出されていることも、「あらせ」と地上観測の同時観測データによって明らかにされている。

電気通信大学の細川敬祐さんたちの研究グループは、秒以下の「またたき」も含めた脈動オーロラの明るさの変化がコーラス波動の強度変化によって完全に制御されていることを予想し、「あらせ」と地上からの高速オーロラカメラによる撮像を組み合わせた観測研究によって、脈動オーロラの「またたき」とコーラス波動の「さえずり」の間の対応関係を調べた。
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2017年3月29日夜、フィンランドの上空に脈動オーロラが現れた時間帯に、「あらせ」はジオスペースでコーラス波動の周期的な変化を観測した。この脈動オーロラとコーラス波動の時間変動を直接比較すると、主脈動と同じタイミングでコーラス波動の強度が高まっていた。「コーラスバースト」と呼ばれるコーラス波動の強さの変化が、脈動オーロラの主脈動のビートを決めていることを示す観測結果である。

この例の中から主脈動とコーラスバーストを1つずつ取り出して拡大すると、どちらにも予想していた脈動オーロラの「またたき」やコーラス波動の「さえずり」の兆候が見られない。つまり、この脈動オーロラは秒以下のまたたきを持たないものだったことがわかる。これは、コーラス波動に秒以下の変化がない場合は脈動オーロラにも秒以下のまたたきが存在しないこと、脈動オーロラのまたたきの有無はコーラス波動の性質によって決められていることを示している。

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https://www.astroarts.co.jp/article/assets/2020/03/20494_finland.jpg

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