オーロラ

ネオンサインに電気が流れると、管の中の気体が電気を受けて一瞬で明るく光ります。オーロラも、夜空全体がひとつの巨大な自然のネオンサインのように光る現象です。

太陽は光や熱を出しているだけではありません。電気を帯びたたくさんの微小な粒子を、四方八方に吹き出しています。強風のように降り注ぐこの粒子の流れを、科学では太陽風と呼びます。もしこの激しい粒子が地球の表面にそのまま降り注いだら、地球の生き物は無事ではいられなかったでしょう。

でも地球には、目に見えない大きな保護膜があります。地球そのものが大きな磁石なので、まわりには磁場が丸く広がっているのです。この磁場のバリアが、宇宙から来る危険な粒子のほとんどをはね返します。それでも太陽風のエネルギーの一部は磁場の中にしみ込み、中にある電気を帯びた粒子を加速させます。そして、その粒子が磁力線に沿って磁極をぐるりと取り囲む高緯度の上空へ降りてくるのです。

地球の磁場に乗って極地方の高い空に降り注いだ電気を帯びた粒子は、ものすごい速さで大気圏に突入します。そしてそこにいた酸素や窒素などの空気の粒と激しくぶつかります。

衝突の瞬間、空気の粒は飛び込んできた粒子から強いエネルギーを受け取り、一瞬だけ「励起状態」になります。エネルギーがあふれて、すっかり興奮した状態になるのです。けれどもすぐに落ち着こうとして元の状態へ戻ろうとし、そのときに抱えていた余分なエネルギーをきらめく光のかたちで空中に放ちます。

どの気体とぶつかるか、そしてどの高さでぶつかるかによって、色が変わります。同じ酸素でも、高度100〜200kmで衝突すると、いちばんよく見られるやわらかな黄緑色の光になり、それより高い200km以上で衝突すると鮮やかな赤色の光になります。窒素は主に青や紫の光を担当し、カーテンの下の縁をピンク色に染めて、神秘的な幕を完成させます。

オーロラは北極だけのものではありません。南極の空でも同じように美しいオーロラが現れ、こちらは南極光と呼ばれます。地球の磁場の両側の出入り口から、粒子がいっしょに降り注ぐからです。

物理学では、この光が出る過程を、原子のエネルギー準位の遷移という現象で説明します。原子の中の電子が衝突でエネルギーを得て、より高いエネルギーの段へ上がり、そこから低い段へ降りるときに、その差の分だけ光の粒(光子)を放つ、という量子力学的な過程です。

もうひとつ大切なのは、オーロラが寒い冬の天気のせいで生まれるわけではないということです。気温が氷点下になってできた氷の結晶が光を反射しているのではなく、地上100km以上の、宇宙との境目で起きていることなのです。結局、オーロラがどれほど大きく明るく広がるかは、天気ではなく太陽風の強さと速さ、そしてコロナ質量放出のような太陽活動によって決まります。