オーロラはなぜ起こるのか？

手短に言うと

太陽からの荷電粒子が、地球の上層大気にあるガスと衝突するときにオーロラは起こります。地球の磁場がこれらの粒子を磁極へと向かわせるため、衝突——そして輝き——は、それぞれの極を囲む環をつくります。衝撃で励起された酸素と窒素の原子は、そのエネルギーを光として放ちます。もっとも多いのはおなじみの緑で、ときに赤・ピンク・紫にもなります。

すべては太陽から始まる

太陽は電気を帯びた粒子——おもに電子と陽子——の流れをたえず放出しています。これを太陽風と呼びます。太陽風はつねに秒速約400kmで地球のそばを吹き抜けています。これを荒々しくし、オーロラを強めるものが二つあります。

• コロナホール——太陽の大気にあいた隙間で、より速く濃い風を吹き出します。太陽の自転にともない、約27日周期で繰り返し現れることがよくあります。
• コロナ質量放出（CME）——10億トンもの荷電ガスを宇宙へ放り出す巨大な爆発です。地球に向かったものは1〜2日後に到達し、大規模な地磁気嵐を引き起こすことがあります。

太陽の活動は約11年周期で強まったり弱まったりします。いまは太陽活動周期25の活発な時期にあり、だからこそ2020年代半ばには大規模な出現がこれほど多いのです。

地球の磁場がそれを受け止める

地球は巨大な磁石で、磁気圏と呼ばれる磁気の泡に包まれています。磁気圏は太陽風の大半を地球の周りへそらします——このシールドが放射線から生命を守ってくれるのですから、ありがたいことです。とはいえ、この磁場は完璧な壁ではありません。

太陽が運んでくる磁場が南を向くと（オーロラ観測者がこだわる「Bz」成分です）、磁気リコネクションと呼ばれる過程で地球の磁場とつながります。すると扉が開き、太陽風のエネルギーと粒子が磁気圏に流れ込み、引き伸ばされた夜側にたくわえられます。このたくわえられたエネルギーが一気に解き放たれると、粒子は地球の磁力線に沿って下向きに加速されます——磁力線は磁極に集まっています。だからこそオーロラは高緯度に現れるのです。

輝きの正体：粒子が大気にぶつかる

1. 電子が磁力線に沿ってらせんを描きながら、上層大気へ降りてきます。
2. 酸素や窒素の原子に衝突し、その原子をより高いエネルギー状態へ跳ね上げます。
3. 原子が元の状態に戻るとき、その差を光子——小さな光のきらめき——として放ちます。

加速されたこれらの粒子——おもに電子——は磁力線に沿ってらせんを描いて降り、およそ酸素と窒素の原子や分子に、上空100〜300kmのあたりで衝突します。衝突のたびに原子の電子はより高いエネルギー状態へ跳ね上げられます。次の瞬間には元に戻り、原子はその差を小さな光のきらめきとして放ちます——これが光子（フォトン）です。これを無数の衝突ぶんかけ合わせると、光のカーテンになります。目に見える縦の光線やひだは、粒子が乗っている目に見えない磁力線をなぞっているのです。

なぜこの色になるのか？

色は、どのガスに当たるか、そしてどのくらいの高さかで決まります——大気の密度や、隣の粒子にぶつかる前に光を出せる原子は、高度によって変わるからです。

目は緑をいちばん捉えやすく、暗がりでの淡い色は苦手です。ですから、あなたには灰緑色に見える出現でも、カメラではピンクや紫に燃え立つことがあります。色のすべて——そしてSTEVEとは何か——は、オーロラの色の解説をご覧ください。

なぜ極を囲む楕円になるのか？

粒子が磁力線をたどるため、オーロラは環——オーロラオーバル——をつくります。その中心は地理上の極ではなく、それぞれの磁極です。嵐が強いほどこのオーバルは広がり、赤道の方へ押し出されます。まさにそれを測るのがKp指数です。だからこそ、あなたの確率を決めるのは地図上の緯度ではなく地磁気緯度なのです。オーロラが届く範囲をご覧ください。

なぜ動き、舞うのか？

静かなオーロラは安定した弧ですが、サブストーム（磁気圏擾乱）——磁気圏の尾にたくわえられたエネルギーが突然解き放たれる現象——のあいだは、カーテンが明るくなり、波打ち、数分で空を駆けめぐります。この舞いは磁気圏がエネルギーを吐き出している瞬間であり、すべての追いかけ手が待ちわびる時です。

北と南：ボレアリスとオーストラリス

同じ磁力線が両方の極に届くため、ショーは両半球で同時にくり広げられます。北のオーロラ・ボレアリス（北極光）と、ほぼ鏡写しの、南のオーロラ・オーストラリス（南極光）です。二つの名を持つ一つの現象——だからこそ私たちは両半球を扱っています。

科学から今夜の空へ

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