オーロラのしくみ

ネオンサインに電気が流れると、速く動く電子がガラス管の中の気体を刺激して、その気体ならではの色で光ります。夜空を明るく照らすオーロラも、これとよく似たしくみで光っています。

太陽はじっと光を出しているだけではなく、ものすごい量の電気を帯びた粒を宇宙の四方八方へ吹き出しています。これを「太陽風」と呼びます。この粒は、弾丸より何百倍も速いスピードで、休みなく地球へ向かって飛んできます。

速く飛んできた太陽の粒が、地球を包む空気にはげしくぶつかると、空気の粒はエネルギーをもらって興奮した状態になります。そのあと、空気の粒がもとの落ち着いた状態にもどるとき、ためこんでいたエネルギーを光として放ちます。この数えきれないほどの小さな光が重なり合って、空に巨大な光のカーテンを作り出しているのです。

太陽風は、地球全体に向かってまんべんなく降りそそいでいます。それなのに、どうして赤道や中緯度ではなく、北極や南極の近くでしかオーロラを見られないのでしょうか。

カギは、地球そのものが大きな磁石だということです。地球は目に見えない巨大な「磁場のバリア」を身にまとっていて、宇宙から飛んでくる危険な粒をはね返しています。このバリアのおかげで、生き物は安全に暮らせるのです。

地球に突進してきた太陽の粒は、磁場にはばまれてそのまま地面に落ちることができず、磁石の両端である北極と南極へすべり落ちていきます。磁石のまわりに砂鉄をまくと、両側の極にぎっしりと列を作って集まるのと同じです。こうして極地方の上空に集中した粒が大気圏へ降りそそぎ、空気とはげしくぶつかるため、おもに極地方をとりまく輪の形をした地域でオーロラが生まれます。もっと正確にいうと、太陽風が直接降りそそぐというより、太陽風のエネルギーを受けて地球の磁場の中にたまっていた電子が加速されて降りてきて、光を生み出します。

オーロラの緑や赤、紫といったさまざまな色は、太陽の粒が「どのくらいの高さで、どの気体」と衝突したかによって決まります。

地上およそ100〜200キロメートルの高さでは酸素原子とぶつかり、写真でよく見かける神秘的な緑色の光を作り出します。さらに高い200キロメートル以上のうすい上空では酸素が赤い光を放ち、100キロメートルより下の低い高度では窒素分子とぶつかって、あざやかなピンクや紫の光を作ります。

黒点の近くでコロナ質量放出のような爆発が起きて太陽の活動が激しくなると、ふだんよりずっと多くの粒が一度に押し寄せてきます。そんなときは、オーロラが極地方を越えて、ずっと南(北)の中緯度地域の夜空でも観測されることがあります。ほかの惑星の木星や土星にも磁場と大気があるので、オーロラが発生します。