ネットでオーロラを検索すると、オーロラがどうやって発光するのか、そのメカニズムを記述している文章があちことで見つかるが、天体に詳しいアスペルガー症候群・・・(失礼)天体オタクたちが書いた文章なので、どうにもわかりづらい。なので、できるだけ平易な言葉で発光のプロセスを説明してみようと思う。
地球の大気は上層に行くにつれ、密度の小さい(比重が小さい)ヘリウムや水素、酸素ガスが多く分布する。太陽からの紫外線などの宇宙線(電磁波)が地球の大気の上層部に降り注ぐと、これらのガスの電子が飛び出し、電子とイオン種に電離し電離層を形成する。
飛び出した電子は地球の磁力線に沿って、北極上空へ移動し、そこで電子のシャワーとなって地上に降り注ぐ。一方、プラスの電荷にチャージしたイオン種は南極上空へ移動。ガスの存在比において、ヘリウムや、水素などよりも存在量が多い酸素イオンが失った電子を求めてそれぞれが結合し、オゾンを形成する。・・・オゾン層の成因だ。
さて、北極上空で磁力線に沿って降り注ぐ電子は、オゾン層中の酸素原子と衝突し、その電子を励起させる。酸素の輝線スペクトルは558nmと630nm。前者が黄緑で後者が橙色。
http://www.flickr.com/photos/11304375@N07/2844510582/
この酸素の輝線スペクトルがオーロラ発光として地上で観察される。つまり、オーロラは主に酸素の558nmと630nmの輝線スペクトルが合わさった色として観察されるわけだ。一方、長波長側の橙色スペクトルは、励起させるためのエネルギーがより大きいため、そこまでの励起する確率が低く、オーロラは558nmの黄緑が主体となる。
北極上空で磁力線に沿って降り注ぐ電子は、滝のようなイメージだろうか。電子の量は、太陽からの宇宙線(電磁波)の量と強さに比例する。
したがって、オーロラ発光は、実は一日中起こっていることになる。実際には太陽の光のため、日中は見えない。
なお、この説明には古典的力学の知見のみで説明しているが、当然のことながら電子には波としての性質もある。オーロラがカーテン状に揺らいで見えるのは波の性質で説明できるのだが、その説明は思わぬところで破たんしそう(知識がないので)なので、止めておく。
ということで、酸素および一部の窒素(青紫色)はオーロラとして発光する。
3月16日深夜。アラスカでauroral breakup(オーロラ爆発)が観察されたその日、ぼくはホワイトホースの郊外でオーロラ観察ツアーに参加していた。
ホワイトホースはアラスカのフェアバンクスからわずかに緯度が低いが、オーロラが観測できるオーロラベルトの端に位置し、ぼくはこの日、アラスカで観察されたオーロラ爆発の裾の部分を写真に撮ったことになる。
実際にオーロラを肉眼で観察すると黄緑と橙色が混ざった白っぽい光として見える。この光がカメラのレンズ(光学ガラス)を通して、CCDのプリズムで分光され、フォトダイオードに電荷を与える。このため、デジタルカメラのメーカー、機種によって写真に捕えられたオーロラの光の色は微妙に異なる。
auroral breakupの後の2日間は、オーロラがほとんどでなかった。ぼくらは、オーロラ待ちの間、ペンライトを使って遊んでいた。
”DO NOT Jump on Moving Trains or Street Cars, even if only to ride to the next street crossing, because this might arouse the "Wanderlust," besides endangering needlessly your life and limbs.”
(From coast to coast with Jack London)
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