クエリ: 高緯度で多く見られる、太陽から放出されたプラズマが大気圏に突入して光が発生する現象を何という?
文章: オーロラ 太陽からは「太陽風」と呼ばれるプラズマの流れが常に地球に吹きつけており、これにより地球の磁気圏は太陽とは反対方向、つまり地球の夜側へと吹き流されている。太陽から放出されたプラズマは地球磁場と相互作用し、複雑な過程を経て磁気圏内に入り、地球磁気圏の夜側に広がる「プラズマシート」と呼ばれる領域を中心として溜まる。このプラズマシート中のプラズマが何らかのきっかけで磁力線に沿って加速し、地球の大気のうち電離層へ高速で降下することがある。大気中の粒子と衝突すると、大気粒子が一旦励起状態になり、それが元の状態に戻るときに発光する。これがオーロラである。発光の原理だけならば、オーロラは蛍光灯やネオンサインと同じである。プラズマシートが地球の夜側に形成されるため、オーロラは基本的に夜間にのみ出現するものである。しかし昼間にもわずかながら出現することがある。 どのようにして太陽風が地球の磁力圏に入り込むのか、なぜプラズマは特定の部分にたまるのか、何がきっかけで加速されるのかなど、発生原理の肝要な部分については未だ統一した見解はない。最も有力な説は、入り込む理由や加速される理由を、地球の磁力線が反対向きの磁力線とくっつくこと(磁気リコネクション)に求める説である。 オーロラが突如として一気に広がる現象をブレイクアップという。日本語ではオーロラ爆発とも訳される。空から光が突然噴出して全天に広がり、色や形の変化が数分間続く。このブレイクアップに関しても、発生原因や発生過程などはあまり分かっていない。
文章: 電磁波音 地球から見て毎秒数十 km という高速で太陽系を飛びかう小さな粒子が上層の地球大気に飛び込むと、大気分子と激しく衝突し、粒子・大気分子の電子の軌道を外側へずらしたり(励起)、さらには電子を引きはがしたり(電離)してプラズマの柱を作る。 励起された電子が元に戻るときに光としてエネルギーを放出して輝いた結果、われわれはそれを流星だと認識する。 こうした上層大気の現象である流星は観察者から数十 km 以上離れているのが普通である。 流星は流れるとともに衝撃波を作り出すが、巨大な火球の衝撃波によるソニック・ブームが音速で地上まで届くのはそれが光ってから何分も後のこととなる。 大砲か雷鳴のように響くこうしたソニック・ブームは巨大な火球で実際しばしば観察されている。 一方、流星と同時に響く音が実在のものなら音波とは別の物理的機構によらねばならない。 しかしそうした機構が不明であったばかりでなく、音自体が体験例が少なく、体験内容も様々で一部の人だけに聞こえるなど一貫性を欠いていたため、学術的には花火などとの類推による心理的な錯誤や他の音との混同による思い違いとして説明されるか、単に無視されることが多かった。 しかし、この現象への関心を失わなかった研究者によって集められた記録や証言は数百にのぼった。 その表現は多種多彩で、例えば次のようなものであった。 この現象に関心を寄せてきた天文学者のひとりであるヴィターリー・ブロンシュテン (Виталий А. Бронштэн, Vitalii A. Bronshten) によれば、実際、こうした報告の中には「火球の目撃に先行するばかりではなく、目撃者が天空を飛行する物体に注意を向ける元にさえなっている」もの存在してもおり、心理的錯誤や思い違いなど主観に原因を帰した解釈では説明できないことが明らかだとする。 文章: 気象 地球の大気は地表から高度数百km程度までで、地表から順に対流圏、成層圏、中間圏、熱圏と命名され、これらの層内には地球の重力に捉えられた気体が存在している。地表から熱圏と中間圏の境界である高度約80kmまでは、大気の組成は窒素約78%・酸素約21%・その他微量成分1%で一定であり、それ以上の高度では高度が上がるに従い分子量の大きな重い成分から減少する。高度約80kmまで成分が一定なのは、この範囲で空気の混合が起こっているためである。そのため、気象現象が起こる範囲はこの高度約80kmまでと考えることが多い。 地表の気圧は標準大気圧1 気圧(= 1013.25 hPa)の前後数十hPaの範囲内にある。高度が上がるに従い気圧は低くなり、また気温も低くなる。ただし、気温が低下するのは赤道付近では約16kmまで、中緯度では約11kmまで、北極・南極付近では約8kmまでである。これ以上の高度に行くと気温は一定か逆に上昇する。この気温低下の止まるところを対流圏と成層圏の境界、対流圏界面といい、ほとんどの気象現象はこの対流圏内で起こる。地上に雨を降らせる雲は対流圏内に存在する。もくもくと湧き上がる背の高い積乱雲も、対流圏界面を突き抜けることはない。一方、成層圏や中間圏にも強い風が吹いている ほか、真珠母雲や夜光雲が発生するが、対流圏に影響を与えることはほとんどない。 地球上に起こる気象は、太陽の活動により地球に供給されるエネルギー(放射エネルギー)に由来している。太陽が発している放射エネルギーを太陽放射といい、ほぼ全量が電磁波であり、そのうち47%が波長0.4 - 0.7μmの可視光線(人間の目に見える光)、46%が波長0.7 - 100μmの赤外線、7%が波長0.4μm以下の紫外線である。なお、生物に有害な波長0.2μm以下の紫外線のほとんどは散乱されたり大気上層(オゾン層)の成分により吸収されたりして、地表にほとんど到達しない。地球に入ってくる太陽放射を100とすると、30は反射によりすぐに宇宙に放出され、残りの70が地球の大気や地面、海洋などに吸収されて熱となる、 文章: 自然災害 天文現象による自然災害としては、小天体の落下・衝突がまず挙げられる。巨大隕石が衝突すると、小天体の大気中通過時や分解時に衝撃波が発生し、落下時には巨大な隕石孔やクレーターができる。この衝撃によって大量の塵の巻き上げやそれによる太陽光の遮断と気候の急変が起き、いわゆる隕石の冬がもたらされる他、海に落ちた場合には津波も発生する。例としては、6600万年前の白亜紀には巨大隕石の衝突によって寒冷化が起き、恐竜の絶滅が起きたとの説が有力である。このほか、太陽面での爆発(太陽フレア)の強力なものはコロナ質量放出(CME)や太陽嵐を引き起こし、これにより放出される電磁波・粒子線、太陽エネルギー粒子線によって宇宙滞在者への影響が懸念される他、通信障害(デリンジャー現象)や磁気嵐も発生する。 文章: 大気電気学 凝縮してその後雲から凝結する水の量が分かれば、雷雨の総エネルギーを計算することができる。平均的な雷雨では、放出されるエネルギーは約1千万キロワット時(3.6×10ジュール)に達し、これは20キロトンの核弾頭に相当する。大規模で激しい雷雨はエネルギーがこの10~100倍になる可能性がある。 セントエルモの火は接地された物体から発生するコロナ放電によって発光プラズマが生成される電気現象である。球電はセントエルモの火と誤認されることがしばしばあるが、別の現象である。セントエルモの火は「火」と呼ばれるが実際にはプラズマであり、雷雨の時に木や尖塔といった高い物体、もしくは動物の頭の上でブラシもしくは光の星として観察される。 コロナは空気分子をイオン化する議論の物体の周囲の電場により引き起こされ、暗い場所で見やすくなるかすかな光を作り出す。セントエルモの火を起こすにはセンチメートルあたり約1,000 30,000ボルトが必要である。しかし、これは物体の構造に依存する。電場は曲率の高い領域により集中するため、尖った点では同じ結果を得るために低い電圧で済み、したがって尖った物体の端で放電が強くなる。セントエルモの火と普通の火花はともに高電圧が期待へ影響を与えるときに生じることがある。セントエルモの火は、雷雨の間に嵐の下の地面が帯電し、雲と地面の間の空気に高電圧がかかっているときに見られる。電圧が空気分子を引き裂き、空気が輝き始める。地球の大気中の窒素と酸素によりセントエルモの火は青や紫の蛍光を発する。これはネオンサインが光るメカニズムに似ている。 文章: 温室効果 5μm付近(可視光線)で最も強く、これより波長が長く・短くなるほど弱くなる。一方、地球や大気からの放射は波長8 - 12μm付近(赤外線)で最も強く、これより波長が長く・短くなるほど弱くなる。大気を構成する物質のうち、オゾンは近紫外線、窒素や酸素は遠紫外線・真空紫外線を吸収するため、これらは太陽から地表へ届く前に吸収されてしまう。また、水蒸気や二酸化炭素などは赤外線を吸収する。一方、可視光線を吸収する気体は少ないため、可視光線のほとんどが大気を透過して地表に届き、地表を暖める。太陽放射は1度放射された後、紫外線はオゾン・窒素・酸素に吸収され、可視光線は地表に吸収される。吸収された電磁波は熱となり、熱はやがて電磁波として再び放射されるが、大気も地表も太陽に比べれば温度が低いため、その放射は赤外線付近の波長が最も強い放射となる。 文章: 陽炎 (気象現象) 光は通常直進するが、空気の密度が異なる場所では密度のより高い方へ進む性質(屈折)がある。光の発信源(人間が目で見たりカメラで撮影したりする景色や物体)と観測者(人間やカメラなど)の間に密度が異なる空気が隣り合っている場所があると、そこを通る光は通常と異なる経路を辿り、景色や物体が通常とは異なる見え方をする。光学では、このメカニズムによってもやのような揺らぎができることをシュリーレン現象と呼んでいる。 大気は温度変化により体積が変化して密度が変わり、温度の異なる大気が隣り合っている場合、光は冷たい(密度が高い)空気の方へ屈折する。晴天の日中に、物体の表面が日光を受け温度が上がったとき、風が弱い場合はそこに滞留している大気が暖まり、密度が小さくなって浮力により上昇する。このとき暖まった大気と周りの相対的に冷たい大気とが混ざり合い、乱流的な上昇気流が発生する。この上昇気流の部分を通る光が様々な向きに屈折されることで、陽炎が見える。 このような現象は平原や砂浜など様々な場所で見ることができる。焚き火の炎の上、エンジンなどの排熱には明瞭なゆらぎが見られる。また、空気中だけでなく水などの液体中でも見られる。 文章: 太陽フレア 太陽フレア(たいようフレア、Solar flare)とは、太陽における爆発現象。別名・太陽面爆発。 太陽で不定期に発生する爆発的な増光現象で、小規模なものは1日3回ほど、地球に影響を与えうるほど大規模なものは数年に一度程度発生している。大きな太陽フレアは白色光でも観測されることがあり、白色光フレアと呼ぶ。太陽の活動が活発なとき(特に太陽極大期)に太陽黒点の付近で発生する事が多く、こうした領域を太陽活動領域と呼ぶ。 「フレア」とは火炎(燃え上がり)のことであるが、天文学領域では恒星に発生する巨大な爆発現象を指している。現在では太陽以外の様々な天体でも確認されている。一例として、日本の国立天文台が運用するアルマ望遠鏡がプロキシマ・ケンタウリで観測した。 文章: プラズマ振動 プラズマは正の荷電をもつイオンと負の荷電をもつ電子との混合物であり、全体として電気的中性が保たれている。そこである場所の電子集団が局所的に動くとそこで電気的中性が破れて電荷密度を生じ、電子を引き戻す方向に電場を生ずる。イオンは電子より質量がはるかに大きいので、電場によって加速されるのは電子だけである。こうしてその電場により電子群が動いて、電気的中性を取り戻す。しかし、電子には慣性があるので、中性を取り戻した時点では止まらず、逆の方向に行き過ぎる。そこでまた中性が破れて電場が生じ、また電子群が引き戻される。このように電子群の往復運動、すなわち振動が起こる。これは巨視的には電荷密度の波動となる。これがプラズマ振動である。プラズマ振動の振動数は、温度が 0、すなわち熱運動が無視できる冷たい電子集団の場合は 文章: 太陽 これは1960年にアメリカのロバート・レイトンらが粒状斑を観察する中で発見したもので、「5分振動」と呼ばれる。これは当初、太陽大気の局在が原因と思われたが、1970年代にpモードと呼ばれる太陽が持つ固有の振動が原因と判明した。太陽光球上で非常に目立つ5分振動は、量子力学で扱われる球面調和関数で記述できる、量子数が異なる様々な音波の固有振動が重なり合った結果だった。この理論は可視光で観察不能な太陽内部を調査できるために注目され、また地球内部を地震波で調査する手段と基本的に同じであるため、「日震学」(helioseismology) と呼ばれる。日震学は、対流層の深さを明らかにした。外部から対流を観察するだけでは不明瞭だった対流の深さが固有振動の分析で判明し、それまで考えられていたよりも対流層は厚かった。また、音波が伝わる速度が温度に依存する点から、太陽内部の温度分布が計算可能となった。 文章: コロナ質量放出 コロナ質量放出(コロナしつりょうほうしゅつ、Coronal mass ejection、CME)とは、太陽活動に伴い、太陽から惑星間空間内へ突発的にプラズマの塊が放出される現象。宇宙飛行士や飛行機パイロットの人体に与える影響も大きい。 文章: 成層圏 成層圏内での風の分布には興味深い特徴があり、まず成層圏下部では対流圏上部の偏西風の影響を受け、おおむね西風が吹いている。成層圏上中部では次のような現象が見られる。極付近は夏に白夜という現象が起きる。したがって、季節が夏の半球では太陽があたる時間が低中緯度よりも高緯度の方が長くなる。そのため極付近ではオゾン層によって大気がどんどん暖められ、結果として高圧状態になる。逆に低緯度では相対的に低圧である。このため、高緯度側の高圧部から低緯度側の低圧部に向けて気圧傾度力が生じる。気圧傾度力は低緯度から高緯度に向かうコリオリの力と釣りあい、これを満たすように夏半球が東風になる。したがって、成層圏上中部では特別な場合を除いて、夏季は常に東風、すなわち偏東風が吹いている。これを成層圏偏東風と呼ぶ。また冬には逆の現象が起き、極付近では夏とは逆に一日中太陽があたらない状態なので低緯度付近と比べて低温、すなわち低圧となる。よって、低緯度から高緯度に向けて気流が生じ、コリオリの力を受けて偏西風となる。これを成層圏偏西風という。この現象は季節によって変化する風、すなわち季節風と捉えることができる。この現象はいわば「成層圏のモンスーン」である。この循環に加えて、夏の極上空では熱圏へ向かう上昇気流、冬の極上空では熱圏からの下降気流が起こっており、これらをまとめてブリューワー・ドブソン循環と呼んでいる。成層圏偏西風、成層圏偏東風どちらも最大風速は約50m/sである。 このように成層圏は名前のように成層ではなく大気擾乱がある。ただし、上で述べたことは通常の季節変化を示したものであり、冬季に成層圏突然昇温という現象が起こった際には、成層圏偏西風が東風になることがある。 文章: 反薄明光線 このように、条件が限られているため、反薄明光線を見つけるのは難しいとされるが熱帯の島、高い山、飛行中の航空機など、見晴らしの良い条件下では比較的観測され易い現象である。 文章: 太陽変動 太陽表層活動の活性化 (黒点数の増加) は、太陽面から放出される荷電粒子、その殆どが陽子と電子である、すなわち"太陽風"を伴っている。太陽磁気圏、太陽風、地球の磁気圏は、銀河宇宙線 (GCR) に対する遮蔽効果を持ち、太陽活動が低下すると、銀河宇宙線が成層圏から対流圏に侵入する量は増加する。銀河宇宙線の核種は対流圏、地表から1km以上上空では最上位のイオン源である (地表から上空1km以内においては、多くの場所でラドン (Ra) が主たるイオン源となる)。 過去の銀河宇宙線のレベルは、CおよびBeの産生量に影響することから、間接的に記録されている。 約2300年とされるハルシュタット太陽周期は、ダンスガード・オシュガーサイクルの気候変動に反映するという。約80年~90年のグライスベルグ太陽周期は、同じ周期内に含まれる11年周期に沿った期間変動を示し、このタイムスケールに従った同様の気候変動パターンの発生が見られる。 文章: ガンマ線バースト ガンマ線バーストは、天文学の分野で知られている中で最も光度の高い物理現象である。 ガンマ線バーストではガンマ線が数秒から数時間にわたって閃光のように放出され、そのあとX線の残光が数日間見られる。この現象は天球上のランダムな位置で一日に数回起こっている。 ガンマ線バーストを起こす元となる仮想的な天体をガンマ線バースターと呼ぶ。現在では、ガンマ線バーストは極超新星と関連しているという説が最も有力である。超大質量の恒星が一生を終える時に極超新星となって爆発し、これによってブラックホールが形成され、バーストが起こるとされる。多くのガンマ線バーストが何十億光年も離れた場所で生じている事実は、この現象が極めてエネルギーが高く(太陽が100億年間で放出するエネルギーを上回る)、かつめったに起こらない現象である事を示唆している(1つの銀河で数百万年に一度しか発生しない)。これまで観測された全てのガンマ線バーストは銀河系の外で生じている。似たような現象として軟ガンマ線リピーターがあるが、これは銀河系内のマグネターによるものである。ガンマ線バーストが銀河系で生じ、地球方向に放出された場合、大量絶滅を引き起こすと推定されている。 なお、天体物理学界ではガンマ線バーストの詳細な発生機構についての合意は得られていない。 文章: 日の出 通常の天体の出没と異なり、日の出・日の入りの時刻は、太陽の上端が地平線と重なった瞬間として定義される。さらに、大気差により、昇る太陽の光線の経路は地平線付近で大きく曲がるため、実際の日の出は、太陽の上端が地平線と重なるよりも前に起こる。太陽の見た目の半径(角度)は16分である。地平線付近の大気差は、大気の状況により異なるが、およそ34分である。よって、見た目上の日の出は、太陽が地平線下約50分(0.83度)の高さ(天頂からの高度が90.83度)にあるときに起こることになる。