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オーロラのしくみ
第一章:オーロラは何処に?
第二章:オーロラの高さ
第三章:オーロラの色
第四章:オーロラの形
4−1 基本的な形(オーロラの形)
4−2 観測場所による形(オーロラの形)
4−3 明るさによる形(オーロラの形)
第五章:オーロラが光るしくみ
5−1 大気のネオンサイン(オーロラが光るしくみ)
5−2 異なる色で光る(オーロラが光るしくみ)
5−3 どこから電子が?(オーロラが光るしくみ)
第六章:オーロラ発生のしくみ
6−1 太陽風(たいようふう)(オーロラ発生のしくみ)
6−2 磁場(じば)の窓1(オーロラ発生のしくみ)
6−3 磁場(じば)の窓2(オーロラ発生のしくみ)
6−4 オーロラ発電所(オーロラ発生のしくみ)
第六章 オーロラ発生のしくみ / オーロラのしくみ
(6−4 オーロラ発電所)
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太陽風中の荷電粒子が、地球の磁場内に進入しました。
ここから、荷電粒子中の電子がなんらかの影響にて、地球の磁力線に沿って、地球上空に降り注ぎます。
--- 2011/11/21加筆(NICT・SalmonNews製作時に同時に作ったもの ---
【オーロラ発電に関係する磁力線のみ描いています】
〜 磁力線に沿って電子が落ちてくる「オーロラオーバル形成」 〜
上のアニメーションを見てください。「北から見た動き」を見ると磁力線は、夕方側と明け方側双方で、電子を含む荷電粒子を抱えながら回転運動をしています。
そして、その磁力線が地球と接する部分を表すと、右の図のように「オーロラオーバル」を形成していることがわかります。
太陽風に含まれる電子は、この磁力線に沿って運動します。そして”パラパラ”と地球大気に降り注ぎオーロラを発生させます。
【オーロラオーバルと磁力線】
〜 地球磁場(荷電粒子)の回転運動が起こす発電 〜
私たちが地上、しかも肉眼で見るオーロラは、ある程度明るいものでなければなりません。
肉眼で見て、「おぉ明るいオーロラだ〜」と感じるようなオーロラは、これから説明する「オーロラ発電」が引き起こすものです。
(オーロラブレークアップと呼ばれる、さらに明るいオーロラは、もっと複雑なしくみで発生します)
上のアニメーションでは、太陽風の影響を受けて運動する地球の磁場の様子を、北から見たフレームをあわせて表現しています。
これを見ると、地球の磁力線は、前にも説明しましたが水色の線で表しされた軌跡のように、回転運動をすることがわかります。
太陽風に含まれた(プラス・マイナスの電荷をもった)荷電粒子は、磁力線と同じ軌跡で運動するため、 学校の理科や物理の授業でおなじみの、”フレミングの左手の法則”より、右の図のように、北から地球を見ると、明け方側に、プラスの電荷をもった粒子が、 そして、夕方側には、マイナスの電荷をもった粒子がたまることになります。
【北から見た磁場内の電位差】
太陽風がさらに地球へ吹きつづけると、明け方側と夕方側のプラス・マイナスの差(電位差)が大きくなり、 発電の準備が完了します。
夕方側と明け方側の電位差(でんいさ)、そして磁力線と地球を結ぶ回路が完成した段階で、電子は夕方側から磁力線に沿って、地球に向かいます。
(電子が流れる向きは、電流の向きと逆方向)
そして地球大気中の酸素原子や窒素分子と衝突→励起(れいき)→発光でオーロラが発生するのです。
この発電では、上で説明した”パラパラ”と降り注ぐ電子よりはるかに高速で、かつ、大量の電子が地球大気へ向かいます。
よって、明るいオーロラが生まれます。
【オーロラ回路完成→放電】
(電子が流れる向きは、電流の向きと逆方向)
またまた、あれ?と思った方がいるかもしれません。(私は、科学者の方から説明を受けて、あれ?と思いました)
夕方側から地球へ電子が向かい、大気と衝突→発光が起きる。そして電子は明け方側へ向かい、磁力線に沿って、今度は、宇宙へ流れるのかな・・?
(オーロラオーバルの夕方側では、地球大気に流れてきた電子がオーロラを発光させる。そして明け方がわでは、地球大気から宇宙方面へ飛び出す電子がオーロラを発光させ るの・・?)
答えは”NO"でした。
磁力線に沿って地球に降り注ぎ、大気粒子と衝突した電子は、衝突によりエネルギーを消耗してしまい、次に大気粒子と衝突しても、発光を起こすことは、 あまりないのです。
このオーロラ発電では、オーロラオーバルの中で”夕方側”のみでオーロラを発生させます。
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執筆・製作・著作:古賀祐三(
Live!オーロラ主宰
・
遊造代表
)
監修・協力 (敬称略):久保田実(情報通信研究機構)、坂野井和代(駒澤大学)
修正協力 (敬称略):上出洋介(名古屋大学名誉教授)
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