なぜオーロラは発生するのか?原理を簡単に解説!

2018年9月11日

皆様、オーロラを見たことがあるでしょうか?

テレビでは見かけるけれども、なかなか日本に住んでいると見る機会はありませんよね。

日本でもたまーに発生しているのですが。

私も人生で一度は生でオーロラを見てみたいと思います。

そんな幻想的なオーロラですが、なぜ発生するのかご存知でしょうか?

実はそのメカニズムは完全に解明されているわけではないのです。

発光原理だけで言えば、蛍光灯やネオンサイなどと同じで、電子がぶつかって元に戻る時のそのエネルギーの差で光っているということなんですが、詳しくは⇩の記事をご覧ください。

蛍光灯と白熱球の違い?光る仕組みを簡単に解説!

今回は現在わかっている範囲でオーロラがなぜ発生するのか?ということを解説していきたいと思います。

1.オーロラ

オーロラは天体の極域付近(南極や北極)に見られる発光現象であり、極光とも呼ばれています。

幻想的なオーロラは現在でこそ、その発生原理がわかってきつつありますが、昔の人からみると未知の存在です。

そのため古文書や伝承に多く残されており、ローマ神話の暁の女神「アウロラ」の名からとった『オーロラ』と17世紀ごろから呼ばれるようになりました。

また、オーロラは地球でしか見られないわけではなく、火星、金星、木星、土星、天王星、海王星などでも観測されており、大気と固有の磁場をもつ惑星であれば、オーロラが出現する可能性があるのです。

ただ、月や木星には大気がほとんどないため、オーロラはほとんど見ることができません。

その理由はこれから説明するオーロラの発光原理を知ればお分かりいただけるはずです。

2.地球は磁石

オーロラがなぜ発生するかを知るためには、地球が大きな磁石であることを知らなければいけません。

皆様は方位磁針を使ったことがありますか?

針の上に小さな磁石を載せることで、どの方角が北であるかを確かめることができます。

これは地球が大きな磁石であり、磁場を持っているからなのです!

地球内部には沢山の鉄などのマイナス電子を持つ金属が液体状になっています。

この液体が地球の自転と共に回転することで、地球自体が磁石となっているわけなんですね。

3.どうしてオーロラは発生するの?

地球が磁場を持っていることもオーロラが発生する大きな要因なのですが、オーロラが発生するもう1つの要因は太陽から「太陽風」というプラズマの流れが地球に吹き付けてきていることです。

そもそもプラズマとは液体、個体、気体に続く第4の状態とも言われていまして、気体を構成する分子が電子⊖と陽イオン⊕に分かれて運動しているという状態で、太陽では常に爆発が起こっており、その爆発と共にこの電子と陽イオンが地球に向かい押し寄せてきているのです。

地球に押し寄せてきた太陽風は地球の磁場と衝突することになります。

すると、磁気圏は衝突した側と反対方向、つまり太陽の向きとは反対側である夜側へと拭き流されていくのです。⇩

磁石に砂鉄を振りかけて磁場を見たことはありませんか?

その時にいくつも磁力線が出てきているのですが、地球にもそれがあり、外側の磁力線から衝突して、上図の様に裏側へと拭き流されて長く伸びているわけですね。

このように太陽からの太陽風が地球の磁場に当たっているせいで、磁場が引き延ばされているわけなんですが、一部がとても磁場が弱い部分が存在します。

その部分を『プラズマシート』と呼んでいるのですが、太陽からのプラズマは、地球の磁場と衝突し、このプラズマシートに溜まってていくのです。

そして、この溜まっていったプラズマは何らかのきっかけで、磁力線に沿って加速しながら地球の極へと降り注いでいきます。

もうお分かりかもしれません。

このプラズマが大気の酸素原子や窒素原子に衝突しエネルギーを与え、酸素原子や窒素原子が元のエネルギー状態に戻る時に出てくるのがまさにオーロラであり、南極や北極付近で特に見られることがわかりますよね!

つまり、オーロラは太陽からの太陽風と地球の磁場によってできる神秘的な光のカーテンなのです。

4.太陽フレア

太陽からの太陽風は太陽の爆発によって生まれるわけなのですが、巨大な爆発が起きてしまうと、大変なことになります。

2012年には巨大な太陽フレアが地球をかすめたのですが、もし、直撃すれば磁場が乱され、衛星や無線機器に多大なる影響を及ぼしたことでしょう。

また、地球の磁場に守られているので問題ありませんが、地球に磁場が無く人間に直撃すれば、その線量が致死量をこえることもあり得ます。

私たちは地球の磁場に守られているわけですね。

5.さいごに

神秘的なオーロラですが、太陽からの太陽風と地球の磁場によって引き起こされているのです。

私たちはそんな地球の磁場に太陽風から守られており、実は色んな生き物がその磁場を感じ取り利用しているわけなんですが、そのお話は以前ブログでもお話しましたよね。

もし気になる方がいましたら、生物たちの凄いワザがのっている⇩の記事をお勧めします。

【科学選書 Vol.10】動物たちのすごいワザを物理で解く 感想・レビュー マティン・ドラーニ リズ・カローガー

また、溜まったプラズマが加速される理由は磁気リコネクションと言われる説が有力なのですが、まだ確実にわかっているわけではありません。

オーロラが観測される他の星の大気や磁場の状況を地球と比べることで明らかにできるかもしれないのです。

これからのオーロラ研究にもますます期待ですね!

そして、このオーロラは太陽の活動の度合いによって実は日本でも稀に見ることができます。

ただ、南極や北極付近の様に綺麗な色のカーテンを見ることはできないのですが、低緯度オーロラという赤いオーロラを見ることができるそうです。

お金が貯まればオーロラツアーでも申し込んでみましょうかね。

人生で一度はどうしても見てみたいものです!

最後まで読んでくださってありがとうございました。