オーロラに会える可能性はどれくらいですか？この指標が鍵となる

2019年以降、太陽は25回目の活動周期に入り、活動頻度が高まっています。 2025年頃にピークを迎え、太陽フレアやコロナ質量放出が頻繁に発生する可能性がある。 2023年4月に強力な磁気嵐が発生しました。これは第25太陽活動サイクルの開始以来最も強い太陽活動であり、中国の黒龍江省モヘと新疆ウイグル自治区カラマイで美しいオーロラが発生しました。太陽活動の影響で、2023年11月5日と12月1日に黒龍江省の沐河地区でオーロラが数回出現した。特に12月1日の夜には、わが国の多くの地域でオーロラが目撃されたとの報告があった。あるネットユーザーが北京市懐柔区郊外で撮影した見事なオーロラの動画は、天文愛好家のWeChatモーメンツで話題になっただけでなく、「北京オーロラ」という話題が検索の話題にもなった。

オーロラには神秘的で美しい名前「オーロラ」があります。オーロラはもともと古代ローマ神話の女神を指します。彼女は夜明けと夜明けを担当しています。彼女は毎朝空に飛び立ち、地球に夜明けの到来を告げます。 1619年、イタリアの天文学者ガリレオはオーロラにちなんで「オーロラ・ボレアリス」という造語を作り、オーロラに新たな意味を与えました。

「暁の女神オーロラ」、グエルチーノによる1621年から1623年のフレスコ画 画像出典/Wikipedia

オーロラは北極圏や南極圏付近によく現れます。北半球で観測されるオーロラは「オーロラ」、南半球で観測されるオーロラは「南光」と呼ばれます。もちろん、オーロラは地球に限ったものではありません。太陽系の磁場を持つ他の惑星でも発見されています。

オーロラの原因は何ですか?

オーロラは高緯度上空の自然光現象です。太陽風の磁場が地球の磁場と磁気再結合を起こすと、太陽風の高エネルギー粒子が再結合した磁力線に沿って地球の両極に入り、大気中の酸素や窒素原子と激しく衝突しながら地磁気の乱れを引き起こします。衝突中、高エネルギーの荷電粒子はそのエネルギーを大気に伝達し、酸素原子と窒素原子をより高いエネルギー状態に励起します。酸素原子と窒素原子が緩和してより低いエネルギー状態に戻ると、光子が放出され、それがオーロラとして見えるのです。このプロセスは、ネオンや蛍光灯が光を発する仕組みに似ています。

オーロラは主に地球の北極と南極に現れ、互いの鏡像となっています。一方の半球でオーロラが活発になると、もう一方の半球でもオーロラが活発になります。オーロラは磁極を中心にリング状の領域に現れるため、「オーロラエッグ」とも呼ばれています。大規模な磁気嵐が発生すると、オーロラの卵は拡大して両極から離れるため、北極圏と南極圏の近くのほとんどの地域でオーロラを見ることができます。

オーロラは地磁気嵐の現れです。明るく活発なオーロラに関連する地磁気嵐を発生させる太陽現象には 2 種類あります。 1 つ目はコロナ質量放出 (CME) です。これは太陽から放出された数百億トンのプラズマで、秒速数千キロメートルで移動し、2 ～ 3 日後に地球の周囲の空間に到達します。 CME が地球に到達すると、地磁気の乱れが引き起こされ、最も明るく鮮やかなオーロラが赤道に向かって最も遠くまで広がります。中程度の規模の磁気嵐を引き起こす可能性がある 2 番目のタイプの太陽現象は、「コロナホール」と呼ばれます。コロナホールは高速太陽風の源です。高速の太陽風が地球に到達すると、鮮やかなオーロラが発生することがあります。しかし、コロナホールによって引き起こされる地磁気嵐やオーロラは、CMEによって引き起こされるものに比べて、はるかに明るさや活動性が低くなります。中程度の太陽風もオーロラを発生させる可能性があるため、大規模な磁気嵐がない場合でも、一部の地域では弱いオーロラが見られることがよくあります。

春分と秋分の日には、冬や夏よりもオーロラが現れる確率が高くなります。これは、地球の自転軸が太陽の磁力線に垂直であり、2 つの磁力線が重なり合うときに効果が最大になるからです。春分以降は、秋分以降に比べて夜にオーロラが見える時間が短くなります。

この画像は磁気圏と電子加速の位置（左側の赤い領域）を示しています。右側の赤い領域は、電子が加速されて夜間のオーロラが発生する場所であり、地磁気嵐の発生源でもあります。画像出典/NOAA/SWPC

オーロラの色と形

私たちがインターネットやテレビ、新聞などでよく見るオーロラは緑色のものが多いですが、実はオーロラにはさまざまな色があります。これは地球の大気の組成に関係しています。大気中の酸素と窒素の含有量によってオーロラの色が決まります。酸素と窒素の含有量は高度によって異なります。

赤いオーロラは最も高い地点に現れますが、これは太陽風が300キロメートル離れた酸素原子と反応して630ナノメートルの赤い光を放射した結果です。この色のオーロラは簡単には見えず、太陽活動が活発なときにのみ現れます。緑色のオーロラは中高度に現れ、高度120～400キロメートルの高密度酸素原子と太陽風の反応によって発生し、557ナノメートルの緑色の光を放射します。紫色のオーロラは最も低い地点に現れ、窒素原子から発生します。

通常、視覚的なオーロラは淡い白色であると考える人もいます。これは事実ではなく、実際には人間の目の夜間視力の現れです。人間の目は色を区別せずに明るさを優先します。オーロラがかなり明るい場合にのみ、人間の目は真の緑、赤、その他の色を区別することができます。さらに、デジタルカメラは人間の目よりも感度が高いことが多く、人間の目では見えないほど暗いオーロラやその色を捉えることができます。

オーロラは色だけでなく形も異なります。通常、オーロラはカーテンのように見え、大体東西に広がり、カーテンに吹く風のように、地球の磁場によってねじれたり揺れたりします。カーテン状オーロラの他に、光線状オーロラ、均一オーロラなどがあり、また励起粒子の発生源によって陽子オーロラと電子オーロラに分けられることもあります。

この画像は、地球の磁力線とそれに沿って上層大気へと移動する電子を示しています。緑色の網掛け部分は磁極を中心としたオーロラ卵を示しています。画像提供: NOAA/SWPC

オーロラを見るための条件

オーロラが見えるかどうかは、主に地磁気活動（地球の磁場の乱れの度合い）と場所という 2 つの要因によって決まります。さらに考慮すべき要素としては、観測場所の天候、光害、満月などがあります。

オーロラは高緯度でより容易に見られ、通常は北極圏と南極圏の近くで、緯度約 60 ～ 75 度、幅約 5 度のリング領域で発生します。アイスランド、ノルウェー、スウェーデン、米国のアラスカなどの高緯度地域では、年間の半分以上の夜にオーロラを観測できます。夕方と朝のオーロラは活動性が低く、観察してもあまり面白くありません。オーロラは真夜中に最も活発になり、最も明るくなります。早朝の時間帯には、オーロラは雲のように見え、繰り返しちらつき、太陽が東から昇るにつれて消えていきます。

宇宙天気活動が活発化し、太陽嵐がより頻繁に、より大規模になると、オーロラは赤道に向かって広がり、低緯度にも現れるようになります。歴史上最も激しい太陽嵐は、1859 年 9 月に発生した「カリントン現象」で、8 日間にわたる厳しい宇宙天候を引き起こしました。当時は、赤道付近の地域でオーロラを見た人もいました。

2019年2月6日にアイスランドで撮影された龍の形をしたオーロラ。撮影：張静怡

オーロラに遭遇する確率を確認する

オーロラが見られる可能性があるかどうかを知るには、地磁気 Kp 指数 (全球磁場指数)、オーロラ予報マップ、および地元の磁気緯度を確認する必要があります。

1. 地磁気Kp指数

これは、1 日の 3 時間ごとの地磁気擾乱の強度を表すために使用される単純な地磁気指数であり、強度レベルを 0 から 9 までの数字で分割します。

Kp 指数とオーロラ卵子の緯度範囲の間にはおおよその関係があります。この関係は地理的な緯度ではなく、地磁気緯度に対応します。

2. オーロラ予報マップ

オーロラの明るさと位置は通常、地球の磁極を中心とした緑色の楕円として表示されます。オーロラがより強くなると予測される場合、緑色の楕円が赤に変わります。最新のオーロラ予報マップは、NOAA (アメリカ海洋大気庁) 宇宙天気予報センター (SWPC) のページでご覧いただけます。

NOAA の 30 分間のオーロラ予報チャート、Kp=3 静かなオーロラ、Kp=5 中程度のオーロラ、Kp=7 活発なオーロラ、Kp=9 非常に活発なオーロラ 画像ソース/NOAA/SWPC

3. 地磁気緯度

地球の地理学的極と磁極は完全に同じではなく、11.5°の角度があるため、地理学的緯度は地磁気緯度と等しくなく、地球の磁気軸も北アメリカに向かってオフセットされています。したがって、地磁気緯度こそが、私たちが必要とする緯度なのです。オーロラの端があなたの磁気緯度に達していなくても、オーロラを見ることができることに注意してください。実際、オーロラの端から緯度4～5度離れたところから見ることができます。それで、あなたのいる場所の磁気緯度を知っていますか?役に立つ簡単な方法をご紹介します。必要な磁気緯度は、現在地の地理的緯度から約 10° 引いた値です。

自分のいる場所の磁気緯度がわかれば、現在の地磁気 Kp 指数とオーロラ予報マップを使用して、オーロラが見えるかどうかを判断できます。私の国の大部分は中緯度地域に位置しています。私の国の最北端であるモヘでさえ、緯度はわずか53度です。オーロラを見られる機会は多くなく、見られるオーロラは主に赤色になります。オーロラを見たいなら、街の明かりや月明かりに邪魔されない晴れた夜を選ぶ必要があります。

于建鋒