オーロラは北極圏だけでなく、世界全般で最大の奇観の一つとして知られています。人生で経験できる最もユニークな出来事の一つである、多彩で鮮やかな色の光で染まるオーロラの夜空を目にする機会を求めて、毎年観光客が北極圏に集います。多くのオーロラ鑑賞者は、オーロラは何でできているのか、そもそもオーロラはどうやってできるのか、不思議に思われるかもしれません。
オーロラは、地球の磁場と太陽の間で起きる相互作用によって発生し、上空の明るく鮮やかな光として現れます。オーロラが何でできているのか、それが発生する理由の詳しい説明については、先をお読みください。
オーロラは何でできているのか？
上述の通り、オーロラ・ボレアリスとも呼ばれるオーロラは、太陽と地球の大気の相互作用によって生じる現象です。太陽が光を発し、それによって地球上の生命が支えられていることは非常によく知られていますが、太陽から放出されるのは光だけではありません。態様を含むすべての星は、流れのように宇宙に放出されることから「太陽風」と総称される、さまざまな粒子を放出しています。
太陽風には人間やその他の生命にとって致命的な放射能やその他の有害な粒子が含まれています。太陽風が直接地球上に降り注いだら、人類および地上のすべての生命が死滅してしまうでしょう。しかし太陽風は、地球の磁場のために大気を貫通することができません。地球の磁場によってできる保護バリアである磁気圏は、地球から宇宙空間に向かって存在し、太陽風が地球の表面に到達する前にそれを偏向させたり中和します。
太陽風が磁気圏に到達すると、その部分にすでに存在する粒子と衝突します。地球の磁気圏が大気と交差する部分 (北極と南極のこと) に存在する粒子には窒素、酸素およびその他の気体が含まれます。太陽風には荷電粒子、すなわち電荷を帯びている分子が含まれています。これらの荷電粒子が既存の大気中の粒子と衝突すると化学反応が生じ、それがオーロラとして見えます。
このプロセスを視覚化するには、原子を想像してみてください。原子は、正電荷を帯びている陽子および電荷を帯びていない中性子によって構成されている構造体である原子核によってできています。事実上すべての原子には、より小さく、負電荷を帯び、原子核を周回する一連の電子があります。通常、原子には同数の陽子と電子があり、これによってバランスが取れています。形成される物質が何であるかは、それを構成する中性子、陽子および原子の数によって決まります。
荷電粒子が他の分子に衝突すると、それにより電子が原子核からより離れた原子の高エネルギー軌道に移動する「励起」が発生します。原子の励起状態ではなくなると、電子は元の軌道に戻り、これによって光の粒子である光子が放出されます。このプロセスは個々の原子レベルでは観察できませんが、膨大な数の原子が集合的に励起されている場合、これによって大量の光が生じます。太陽風が大気に及ぼす影響の結果として励起が発生すると、それがオーロラとして目に見えるプロセスが引き起こされます。
励起は自然界の他の元素でも見られる化学プロセスで、現代技術でも利用されており、その最もよく知られた実用例としてネオンサインが挙げられます。ネオンサインは、電気を使ってチューブ内のネオン原子を励起させ、光を発生させることで機能します。オーロラも同様の方法で発生しますが、その規模ははるかに大きく、またその現象は自然に発生します。
オーロラの色も、どのタイプの大気中の粒子が太陽風によって励起されるかによって決まります。地球の大気は78％の窒素と21％の酸素、そして残りはさまざまな微量気体によって構成されていますが、大気中の構成比率は均一ではなく、質量と構成の違いのため、高度によって異なる気体の構成になっています。その結果、太陽風が大気中のどこまで到達したかによって、オーロラの色も異なります。
最もよく見られるオーロラの色は赤、青と緑です。赤と青のオーロラは窒素によって発生するのに対し、緑色のオーロラは酸素によって発生します。赤のオーロラは、太陽風が大気層の最も外側の層に衝突した際に発生しますが、この高度では大気における気体濃度が比較的薄いため、赤のオーロラは概して、太陽活動がきわめて高い期間にしか見えません。緑と青のオーロラはより低い高度で発生しますが、青のオーロラは、地球の表面に比較的近い高度で発生します。これは、この特定の層に含まれる酸素の量が少ないためです。特殊な機器を使用することにより、太陽が他の気体と相互作用することによって発生する紫外線および赤外線のオーロラも観測されています。
まとめ
オーロラは地球の太陽との相互作用によってできるユニークな自然現象です。地球の磁場のおかげで、地球は有害な太陽の放射能から守られています。北極圏を訪れることができる幸運な人は、この自然現象のプロセスをオーロラとして観察することができます。オーロラは安全に鑑賞でき、世界で目にすることができる光景の中でも最も美しいものの一つです。オーロラ鑑賞に関心がおありなら、オーロラ観賞ツアーの予約をして、ご自分でお試しになってみてはいかがでしょう？