オーロラ形成：「極雨オーロラ」が地上から初めて検出される

2022年のクリスマスの夜に地上から観測された巨大な均一なオーロラは、極雨オーロラであることが確認されました。これは、極雨オーロラの地上観測としては初めてのことでした。地球の磁気圏の磁気圏尾部に蓄えられた入射電子によって駆動される典型的なオーロラとは異なり、極雨オーロラは、開いた磁力線に沿って太陽コロナから地球の極地域に直接移動する電子によって形成され、「極雨」電子降下を引き起こし、大気中の酸素原子や窒素原子と相互作用して光学放射を引き起こします。

オーロラの物語は、太陽の大気のコロナ層で始まります。太陽の大気層の温度は非常に高く、太陽の大気層の温度は太陽の大気層の温度よりも低いです。光球層 (光で観測できるため太陽の表面として扱われる) の平均温度は約 6000 ケルビンですが、コロナの平均温度は「コロナ加熱パラドックス」により 1 万から 2 万ケルビンです。このような高温により、コロナは過熱プラズマの層になります。高エネルギーの荷電粒子 (電子、陽子、アルファ粒子、重イオンなど) で構成される太陽風は、地球の方向を含むあらゆる方向にコロナ層から継続的に放出されます。

太陽から地球への高エネルギー荷電粒子の旅は、単純で単純なものではありません。通常、イオン化された粒子は地球の磁場（磁気圏）によって偏向されるため、地球上の生命体や電気系統は太陽風の有害な影響の影響を受けません。

しかし、コロナ質量放出 (CME) の場合のように太陽から荷電粒子が大量に放出されると、地球の磁気圏が圧倒され、磁気嵐が発生します。磁気嵐は磁気圏にストレスを与え、磁気圏が反発して荷電粒子の一部を地球に向かって飛ばします。

磁場の収縮帯により、太陽風中の電子が極地まで引きずり込まれ、上層大気では地表から 100 ～ 300 km 上空でオーロラが観測されます。太陽風中の陽子やその他のイオンがオーロラの形成に及ぼす影響はごくわずかです。

オーロラは基本的に、地球の閉じた磁力線に沿って磁気圏から降下する高エネルギー電子によって励起された酸素原子と窒素原子からの光放射です (高エネルギー電子降下または EEP は、電子のエネルギーが大気に蓄積されることを意味します)。高エネルギー電子と大気中の酸素との相互作用によって緑と赤の色彩が生じ、窒素との相互作用によって青と深紅の色合いが生じます。

したがって、オーロラの形成は、磁気尾部（太陽風によって太陽から離れる方向に巨大な尾状に吹き飛ばされる地球の磁気圏の領域）に蓄えられた入射電子によって引き起こされます。磁気圏内に蓄えられた電子は、太陽風の力によってエネルギーを与えられ、極地で一気に大気中に放出され、オーロラを引き起こします。

極地の雨オーロラ

しかし、まれに、電子が太陽コロナから開いた磁力線に沿って地球の極地に直接移動し、「極雨」と呼ばれる電子降下を引き起こすことでオーロラが形成されることがあります。このような電子降下は、太陽風の密度が低いときに激しくなります。このような電子によって引き起こされる光学放射は弱く、形成されるオーロラは「極雨オーロラ」と呼ばれます。

極地の雨のオーロラは、衛星によって宇宙から観測されたことが数回ある。しかし、地上の施設で検出された例はこれまで一度もない。

25日^th-26^th 2022年XNUMX月、太陽風がほぼ消滅した北極地域で、地上カメラが異常なオーロラを捉えました。観測されたオーロラは均一で巨大でした。典型的なオーロラのようには見えませんでした。典型的な極冠オーロラは、虹のような光のダイナミックなパターンを示す、色鮮やかでまばゆい光のショーです。カーテン、光線、渦巻き、または変化するちらつきとして現れることがあります。 シータオーロラ 衛星から上空から観測すると、ギリシャ文字のシータ（中心を横切る線のある楕円）のように見える。シータオーロラは、 「トランスポーラアーク」 上から見ると大規模な弧が見えるからです。'太陽に沿った弧'は地上の観測所から観測される小さくて暗いオーロラの弧です。弧の一方の端は太陽に向けられているため、'と呼ばれています。太陽に沿った弧。 '

2022年のクリスマスの夜に観測されたオーロラは、滑らかで拡散しており、サイズも巨大でした。典型的なオーロラとは似ていなかったため、極地の雨のオーロラであると考えられました。これを確認するために、研究者は衛星データと地上データを使用して調査しました。

衛星画像では、極冠地域は当初は完全に空だったことが示されていました。極冠は25日にかすかな拡散オーロラで満たされ始めました。^th 28月。その後、極冠のほぼ全域がすぐに強烈だが構造化されていない放射に覆われるようになった。この拡散したオーロラによる極冠の大規模な充満は約26時間続いた。極冠内の強烈な放射はXNUMX日の朝に弱まり始めた。^th 12月になり、数時間以内にオーロラの構造は通常の分布に戻り、極冠は再び空になりました。

極雨電子降下は、通常、惑星間磁場（IMF）の方向に応じて、片方の半球のみで発生します。同時衛星画像では、北半球の極冠が完全に満たされているのに対し、南半球の極冠は空であることが示されました。この観測された半球間の非対称性と予想されるIMFの方向は、北半球の極冠内で検出された大規模なオーロラが極雨オーロラであることを強く示唆しています。半球間の非対称性は、電子データでも確認されました。また、太陽風の消失のタイミングと極冠の充填のタイミングの相関は非常に良好でした。

25日に北極圏のロングイェールビーンの地上施設から光学測定が行われた。^th -26^th 1 月には、高エネルギー電子 (>XNUMX keV) が電子降下の主な構成要素を形成していることが示されました。衛星によって高エネルギー電子の流入も観測されました。その結果、地上からは明るい緑色の放射としてオーロラが見えるようになりました。

以前の研究では、極雨オーロラは太陽と反対方向に秒速150メートルで移動することが実証されています。2022年のクリスマスの夜に見られた異常なオーロラの場合、断面光学データの分析により、オーロラは太陽と反対方向に伝播しましたが、地上から見たオーロラの速度はXNUMX～XNUMX倍速いことが示されました。

つまり、2022年のクリスマスの夜に地上から見えた巨大な均一なオーロラは、極雨オーロラだったのです。これは、太陽と地球の複雑なつながりのユニークな側面である極雨オーロラの地上での初の観測でした。

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