ＴＶのニュースによると、２０２３年１２月１日、北海道の各地で赤いオーロラが見えたそうです。２０年に１度くらい、見えるそうです。 なぜ、北海道でオーロラが見えるのか、見えるオーロラはなぜ、いつも赤いのか、そもそもオーロラは、どうやって光るのかを説明します。
追記・・・2024/10/9に大きな太陽フレアが発生したとＴＶなどで報道されました。過去には磁気嵐の影響でＧＰＳ情報が乱れたり、送電システムに影響を与え大停電が発生したこともあるそうです。この時には、10/11未明に北海道各地でオーロラが見えたそうです。ネット上に動画がありました。
追記・・・2025/11/11に大きな太陽フレアが複数回発生し、11/12の日没後、北海道各地で低緯度オーロラが見えたらしい。石狩市（札幌市の隣）や青森県からも見えたらしいが、南の地域では、カメラでは確認できたが、裸眼では見えた人と見ない人がいたらしい。カメラで長時間露光した方が、肉眼よりもきれいに写る傾向にあるので、長時間露光した写真かどうかを考えねばならない。ネット上に投稿された写真が複数枚あったが、水平線から仰角１０～２０°以下の低い位置が帯状に赤くなっていた。 11/13にも見える可能性があったようですが、ニュースなどで報告が無かったので、北海道より北側の大気が晴れ渡ってなかったのだろう。
- 太陽フレアの活動期
- 太陽フレアは約１１年周期で増減するそうです。2019年が極小期で2024年は発生しやすい時期だそうです。１年位は活発な期間が続くそうですが、2024年11月時点で、まだ、極大期が終了したというメッセージはありません。大きなフレアが発生すると、強いオーロラが発生し、北海道などで、赤いオーロラが見える可能性が高くなります。これを解説します。
- 赤いオーロラ
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左は２０１５年に名寄で撮影された写真です。 星が写っていますが、これが北極星だとすると、見上げる角度は４４°です。
右はニュージーランドのテカポで撮影された写真です。（２枚共、ネットから借用しています。）
名寄は北緯４４°、テカポは南緯４４°で、違う日に撮影された写真です。テカポの写真はオーロラの色の分布がよくわかります。上部は赤いオーロラですが、下の方は白っぽい緑色です。
これはカナダで撮影した写真です。大部分は白っぽい緑色で、これが、一般的なイメージのオーロラです。しかし、よく見ると、上の方は赤く光っています。この赤色は、名寄で見えた赤色と同じ赤です。
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オーロラが光る原理
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太陽から、核融合反応で壊れた原子の一部が、太陽風（有害）となって地球に降り注ぎますが、地磁気がバリヤーとなり、地球の裏側に溜まります。そこで、エネルギーが大きくなり、今度は磁力線に沿って、再突入します。その過程で、窒素や酸素の分子（原子）と衝突し、固有の色を発します。
左図は窒素原子をモデル化したものです。中央の核には、陽子７個と中性子７個、周りに電子が７個います。電子は軌道が決まっており、１番内側には２個、２番目の軌道は８個で満員になります。エネルギーが大きくなって突入した太陽風が、偶発的にこの原子に衝突し、そのエネルギーでどれかの電子をはじき飛ばすと、電子が１個、外側の軌道に移動します。その状態は不安定（励起状態という）なので、一定時間後に元に戻ります。この時、どの軌道からどの軌道かなどにより、軌道のエネルギー差に応じた波長の光を発します。
元の軌道に戻る前に、別の原子に衝突した場合には、エネルギーを失い、発光しません。
どの原子のどの電子をどこに弾き飛ばすかは、多くのパターンがありますが、典型的なものの詳細条件を下表に示します。
宇宙空間といえど、完全な真空ではなく、主として窒素と酸素が支配しています。確率的には、窒素か酸素の原子の挙動がオーロラの色を支配しています。
酸素の赤は励起状態から復帰するのに１００秒必要です。高度が高い位置、例えば７００Km辺りでは、分子の密度が極めて小さい（分子がまばら）ので、他の分子に衝突せず、赤い発光が発生しやすく、窒素の青は０．０００００１秒後には復帰するので、全ての高度でほぼ１００％発光します。ただし、高い高度では窒素分子が少なく、ほとんど励起状態にならないそうです。
オーロラは、高度１００～８００Kmで光っていますが、降り注ぐ太陽風のエネルギーの大きさと、地球の大気の分子の密度により、上記の現象が発生し、固有の色を発します。降り注ぐエネルギーが強い場合は、地表に近い所まで進入してくるので、一般的な白っぽい緑色のオーロラの下部に、赤紫の縁取りのような色がつき、高い高度では、赤いオーロラが発生します。
赤いオーロラ
地球の地磁気の北極の位置≒北緯８１° 西経７３°
名寄の位置≒北緯４４° 東経１４２°
です。従って、地磁気の北極は、名寄のほぼ真北の北極を少し通り越した辺りです。さらに、オーロラはオーロラベルトと呼ばれる位置に現れます。オーロラベルトの半径は地磁気の北極を中心として2,500Ｋｍ程度で、幅はその両側に数百Ｋｍの範囲です。名寄から、オーロラベルトがどの方向に見えるかとベルトまでの距離を厳密に論じるのは、複雑ですが、ネット上にオーロラベルトの位置を示した地図が、多くあります。その地図の上で、名寄の真北の位置を見定めて、その緯度を調べると、北緯６９～７２度あたりです。これだと、名寄の北緯４４度からの距離は１１１Km／度Ｘ（（７２～６９）－４４）＝３１０８～２７７５Ｋｍ辺りで、頭上でオーロラが光っていそうです。
表現を変えると・・・
名寄＝東経１４２度／北緯４４度 東経１４２度上でオーロラベルトは北緯６９度～７２度にある。
東経１４２度を断面にしてこれを表すと左図のようになる。考えやすくするために、オーロラは
北緯６９度上で、地面に垂直に発生し、地上600Kmで折れ曲がっているとみなす。
地上600Kmのオーロラの位置をＲとすると、ＲーＮーＳは直角三角形で、Ｎ－Ｓ－Ｒの角度＝（６９－４４）＝２５だから。
Ｒ－Ｎの距離＝tan２５X6400＝２９８４≒３０００Km
名寄からオーロラまでの距離は３０００Ｋｍ前後と考えられます。
強い（大きな）オーロラが発生した時に、名寄から北の方向の夜空の３０００Ｋｍの空間の湿度が低く晴れ渡っている時には、オーロラが見える可能性があります。
この資料の冒頭に、２０１５年に名寄から見えたオーロラの写真を掲載し、その中に写っている星が北極星ではないかとコメントしました。もしもその通りだったら、上図の赤い破線で示した程度の大きさのオーロラだったと考えられます。
左図はＩＳＳ（高度４００Ｋｍ）から見たオーロラです。（ネット上の写真を流用）下層部は白みがかった緑色で高度１００～２５０Ｋｍ程度と考えられます。その上は赤です。この赤色は、名寄から見えたオーロラの赤色と同じ色です。
オーロラの高度を２００Kmと考えると、
２００÷６４００≒０．０３ですから、地表に極めて近い場所での現象です。
国際宇宙ステーションは４００Km、静止衛星（BSのTV電波などの中継用）は赤道上３6０００Ｋｍです。
地表では、大気１ｍL中に３Ｅ１９（３Ｘ１０の１９乗）個の気体分子がいますが、高度４００Ｋｍでも、その１／１Ｅ１０（１／１０の１０乗）、３０億個の気体分子がいます。
高度３６０００Kmの人工衛星は、２４時間で地球を一周します。つまり、その遠心力と地球との引力（重力加速度）が釣り合います。これを赤道上に打ち上げ、地球の自転方向に飛行させると、あたかも静止しているように見えます。
高度４００Kmの国際宇宙ステーションＩＳＳは、９０分で地球を一周しています。従って、自分の頭上に現れた時には、水平線から逆の水平線迄、４５分で移動します。日没直後か夜明直前に、その程度の速度で移動する星を見つけたら、ＩＳＳです。スマホ用無料アプリSpace Station Liteでその位置が分かります。
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