【2023年11月6日 名古屋大学／JAXA宇宙科学研究所】
地球磁場の勢力範囲である「磁気圏」は、地球周辺の宇宙空間に存在し、電気を帯びた粒子がプラズマとして存在します。主なプラズマ粒子の源は、太陽から吹き出した太陽風です。太陽風の粒子は地球の夜側の「プラズマシート」という領域に入り、約6万km以内の「内部磁気圏」まで運ばれます。一方、地球の電離圏には、地球大気の分子が壊れてできたプラズマが存在し、宇宙空間に流出しています。
宇宙嵐が起こると、ジオスペースでは荷電粒子が増え、オーロラが活発に観測されたり、地球の超高層に強い電流が流れたりします。特に強い宇宙嵐は人工衛星の故障など、私たちの生活にも大きな影響を与えます。そのため、宇宙嵐の研究は非常に重要です。
これまで、宇宙嵐は太陽風の水素イオンが内部磁気圏で増えることによって引き起こされると考えられてきました。しかし、地球起源のプラズマにも水素イオンが含まれており、太陽風起源と地球起源の水素イオンを区別することができなかったため、地球起源のプラズマが宇宙嵐にどのような影響を与えているのかはよく分かっていませんでした。
Lynn Kistler氏らの研究チームは、2017年9月7日から10日に発生した宇宙嵐について、JAXAの「あらせ」やNASAの「Magnetospheric Multiscale（MMS）」など、日米欧の科学衛星が観測したデータを組み合わせて詳しく解析しました。
研究チームは、太陽風からやってくるイオンと地球起源のイオンを区別するために、太陽風にしか含まれていないアルファ粒子に注目しました。そして、「あらせ」、「MMS」、「Wind」、そして「Cluster」という4つの衛星のデータを比較することで、水素イオンとアルファ粒子の割合の変化を調べました。その結果、宇宙嵐が進行すると、地球起源の水素イオンと酸素イオンが増え、特に酸素イオンが宇宙嵐の発達に関与していることが明らかになりました。
今回の研究により、宇宙嵐を引き起こすプラズマは太陽風よりも地球起源の水素イオンが主成分であり、宇宙嵐が進行するにつれて主成分は水素イオンから酸素イオンに変化していくことがわかりました。これにより、地球起源のイオンが宇宙嵐を発達させる主な要因となっていることが示されました。今後の宇宙嵐研究では、太陽風だけでなく地球大気の影響も考慮する必要があるでしょう。
【感想】
地球周辺の宇宙空間を観測することができる日米欧の科学衛星により、宇宙嵐の研究が進展しています。今回の研究では、宇宙嵐を引き起こす主な要因が太陽風ではなく地球起源の水素イオンであることが明らかになりました。これは、地球の大気が宇宙嵐に与える影響を考慮する必要性を示しています。地球起源のプラズマが宇宙嵐にどのような影響を及ぼしているのかを理解することは、宇宙空間の安全性を向上させるために非常に重要です。&Buzzとしては、これからも宇宙嵐の研究を見守り、その成果が実用化されることを期待しています。
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