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2010年11月20日

☆　第５章　オーロラが光るしくみ　☆

（１　大気の中のネオンサイン）

オーロラは、大気中の物質が発光する現象です。

大気中の物質が発光する現象には、「大気光（たいきこう）」
（参考：科学の大百科　大気光」）という自然現象があります。

オーロラも大気光の１つと言われています。

大気が発光すると言っても、普通の人には理解しづらいものです。

科学者がよく例に出すのが“ネオンサイン”。

これは、ネオンサインの発光のしくみと、オーロラが発光するしくみが同じということ、そしてネオンサインもオーロラと同じく色を持つことが理由だと思いますが、「ネオンサインと言われても、ピンとこない。。」というものです。

ただ、まずはそのネオンサインの光とオーロラの説明をしてみましょう。

オーロラが発生する付近の大気には、酸素原子や酸素分子、窒素原子など様々な物質があります。

それらの物質が発光するということは、どのようなことでしょう。

物質が発光する現象を利用したものでは、右の図のような”ネオンサイン”があります。

ネオンサインは、ネオン管と呼ばれる管の中に、”ネオンガス”という物質が入っており、そのネオンガスに高速で電子を衝突させた時にピンク色で発光します。

オーロラも、ネオンサインのように、大気中の酸素原子や窒素原子などの物質に高速で電子が衝突して発光しているのです。

～　励起（れいき）という現象　～

大気中の物質に、電子が高速で衝突すると発光するしくみを酸素原子を例に、簡単に説明しましょう。

下の図のように、酸素原子に電子が高速（超高速！）で衝突します。

すると、酸素原子は電子から運動エネルギーを与えられ、通常の状態とは異なる不安定な状態、励起（れいき）状態になります。

その後、酸素原子が緑色に発光する場合は、約0.7秒後に、正常な状態に戻ろうとして、余分なエネルギーを光として放出するのです。

【例：酸素原子が発光】

酸素や窒素は、地球の大気層のどのあたりにも存在します。

（勿論わたし達の周りの空気にも）その酸素や窒素が、なぜ北極周辺や、南極周辺の上空だけで、発光するのでしょうか。

その理由は、第６章で説明しましょう。

実は、私たちが暮らす日本の上空100Km～400Km付近でも、大気光（たいきこう）という現象として、大気が発光しています。

しかし、大気が大気光として発光するしくみと、オーロラとして発光するしくみは異なります。

（参考：「科学の大百科　大気光」）

（２　異なる色で発光する）

第３章で、オーロラが緑や赤・青・ピンク色などで発光すると説明しました。

では、なぜオーロラは、いろいろな色で発光するのでしょうか。

それは先（１　大気の中のネオンサイン）で説明した、大気中の物質が発光するしくみと関係があります。

大気中の物質に電子が超高速で衝突してから、発光する色は、物質の種類によって異なるのです。

酸素原子：赤色
酸素原子：緑色
窒素分子：青・ピンク色

例として、下の図で、酸素原子が、２つの色で発光するしくみを簡単に説明しましょう。

大気中の物質に、電子が高速で衝突して、オーロラが発生することがわかりました。

では、電子はどこから、高速で北極周辺や南極周辺の上空へやってくるのでしょうか。

（３　どこから電子がやってくる？）

大気を発光させる電子は、どこからやってくるのでしょうか。

それは”太陽”から、荷電粒子（プラズマ粒子）としてやってきます。

太陽からやってきた電子は、”ある経路（けいろ）”をたどり、北極周辺や南極周辺の上空へ、超高速で降り注ぎます。

その”経路（けいろ）”を知るためには、地球の磁場（じば）、そして太陽から降り注ぐ”風”を知る必要があります。

太陽から降り注ぐ”風”を太陽風（たいようふう）と呼びます。

Posted at 2010/11/20 21:08:15 | コメント(1) | トラックバック(0) | 日記

2010年11月20日

☆　第４章　オーロラの形　☆

（１　基本的な形）

オーロラの形は、よく”カーテン模様”と表現されます。

そう、まさしくオーロラは、上空に輝く光のカーテンです。

窓際にあるカーテンがそよ風でゆれているように、ゆっくりと揺れ動くオーロラがあれば、まるで突風が窓から吹き込み、激しく揺れ動くカーテンのようなオーロラもあります。

オーロラの活動が活発なるとカーテン模様の渦が大きくなり、その様子を真下から眺めると、上空に巨大な光の渦巻きが発生したように見え、その形は、一般的に「コロナ型オーロラ」と表現されます。

オーロラの形は、オーロラ活動の強弱、そして観測する位置によって変わります。しかし、基本的にオーロラの形は「カーテン模様」と表現すれば、間違いありません。

※参考文献：「オーロラ　その謎と魅力」赤祖父俊一著　（岩波新書）

（２　観測場所による形）

～　観測場所とオーロラとの距離によって、目で見える形　～

例えば、アラスカのある場所の上空に、活発なオーロラが発生したとします。

そのオーロラは観測場所の違いによって、下の図のように目でみる形が変わります。

（３　明るさによる形）

～　オーロラの明るさと、目で見える形　～

オーロラは、大気中の物質が発光している現象です。

肉眼で、非常に明るいオーロラが見られるときは、多くの大気中の物質が光っていることになります。

光っている物質が多いほど、明るいオーロラとなります。

図Ａのように、肉眼ではオーロラと判断するのが難しいほど暗いオーロラが発生したとき、カメラにて撮影してみると、図Ｂのようなカーテン模様をした、オーロラの姿が映し出されている場合があります。

また、よくある現象として、図Ｂのように観測地上空に存在するオーロラの全容がわかるほど明るいものが、数分後に、図Ａのように暗くなり、最終的に消えてなくなることがあります。（逆の場合もある）

～　オーロラがカーテンのように揺れるて見える理由　～

オーロラが揺れ動いて見えるのは、発光している大気が動いているからではありません。

下の図のように、大気中の物質それぞれが、時間の差をおいて発光しているために、カーテンが揺れ動くように見えるのです。

Posted at 2010/11/20 00:16:24 | コメント(0) | トラックバック(0) | 日記

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