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。
- 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された写真です。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
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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