明滅オーロラとともに起こるオゾン破壊

明滅オーロラとともに起こるオゾン破壊

共同プレスリリース
笠原 慧(地球惑星科学専攻 准教授)
桂華 邦裕(地球惑星科学専攻 助教)

概要

「オーロラの明滅」と「中間圏オゾンの破壊」という、一見して無関係にも思える現象が実はどちらも宇宙空間の電磁波を引き金として同時に起こっている、という事実が、JAXAの「あらせ」衛星の宇宙空間観測と地上からのレーダ観測・オーロラ撮像を組み合わせた研究で明らかになりました。

北極や南極地方に輝くオーロラは、宇宙空間から数キロ電子ボルトのエネルギーを持った電子が降り込み、高さ100キロメートル付近の大気と衝突して起こる発光現象です。このオーロラの中には、数秒の周期で明滅する「脈動オーロラ」と呼ばれるタイプがあります。この「脈動オーロラ」は、「コーラス」と呼ばれる電磁波(周波数は数キロヘルツ程度)が、宇宙空間の電子を散乱させることによって起きていることが、「あらせ」衛星などの観測によって明らかになっています。

一方、地球大気には、数千キロ電子ボルトのきわめて高いエネルギーを持った電子が降り込んでくることも知られています。この高いエネルギーの電子は、地球周辺に存在する放射線帯(バン・アレン帯)に存在する電子と考えられており、人工衛星の故障などを引き起こすことから「キラー電子」とも呼ばれています。本研究グループは、これまで理論的な研究によって、「コーラス」波動によって「脈動オーロラ」とバン・アレン帯のキラー電子が同時に大気へと降りこみ、その結果、高度60-80kmの中間圏と呼ばれる大気の状態が変化することを予言していました。

本研究は、人工衛星(あらせ)、地上観測(欧州非干渉散乱レーダー、オーロラ光学観測)、シミュレーションの連携によって、「コーラス」波動、「脈動オーロラ」、「キラー電子」の関係、さらに「キラー電子」が大気に及ぼす影響を総合的に解析し、上記の理論的予測を実証したものです。

本研究の成果は、宇宙からの電子の降り込みが、中層大気、引いては気候変化にも影響を及ぼす可能性を示唆する重要なものです。

明滅オーロラとともに起こるオゾン破壊
図:宇宙空間で「あらせ」衛星が「コーラス」電波とバン・アレン帯電子の観測を行い、地上では EISCATと光学観測によって、「脈動オーロラ」と中間圏の観測を行った。(Miyoshi et al., 2021, Scientific Reportsの図を改変)。

詳細については、以下をご参照ください。