地球の最上層では、宇宙天気が熱を帯びている

地球の最上層では、宇宙天気が熱を帯びている 天文・宇宙
熱圏は大気中で最も高く、温度が高い層で、ISSが飛行し、オーロラや大気光が観測される。©NASA’s Goddard Space Flight Center/Genna Duberstein

NASAの衛星データから、宇宙天気(太陽によって引き起こされる宇宙空間の変化)が、地球で最も高温の大気層を加熱する可能性があることが明らかになりました。

7月に「Geophysical Research Letters」誌に掲載されたこの研究結果は、NASAの「Global Observations of the Limb and Disk」(GOLDミッション)のデータを使用したものです。

2018年に通信衛星SES-14に搭載されて打ち上げられたGOLDは、地球同期軌道と呼ばれる軌道から地球の上層大気を見下ろし、地球が旋回する際に西半球の上空を効果的に「ホバリング」します。

そのため、地球の一面(ディスクと呼ばれる)を安定して見ることができ、30分ごとに地球の上層大気の温度をスキャンしています。


今回の研究を主導したFazlul Laskar博士は、「GOLDから得られるデータの種類によって、これまで不可能だった結果が得られました。」と述べています。

Laskar氏は、コロラド大学ボルダー校の大気・宇宙物理学研究所の研究員です。

地球から約2万2,000マイル(約35,400km)の高さにあるGOLDは、熱圏を見下ろしています。

熱圏には、オーロラや国際宇宙ステーションが存在し、地球の大気中で最も高い温度(2,700℉(1,500℃))に達します。

太陽の高エネルギーX線や極端な紫外線を吸収して熱圏を加熱し、これらの光が地上に届かないようにすることで、このような驚異的な温度に達するのです。

しかし、今回の発見では、太陽光による加熱ではなく、太陽風(太陽から絶えず放出される粒子や磁場)による加熱があることがわかりました。

太陽風は常に吹いていますが、より強い突風が地球の磁場を乱し、いわゆる地磁気活動を引き起こすことがあります。

Laskar氏と共同研究者は、地磁気活動が活発な日とそうでない日を比較し、熱圏の温度が160℉(90℃)以上も上昇していることを発見しました。

太陽による磁気の乱れが、地球で最も高温の大気層を加熱していたのです。

地球の極付近では、磁場の弱点から太陽風が大気上層部に流入するため、ある程度の加熱が予想されていました。

しかし、今回のデータでは、地球全体で温度が上昇しており、太陽風が届かない赤道付近でも温度が上昇していました。


Laskar氏たちは、循環パターンの変化が関係していると考えています。

私たちの頭上では、赤道から極地に向かって空気が押し出され、低空で再び戻ってくるという地球規模の循環が起こっています。

太陽風が極付近の熱圏に吹き込むと、そのエネルギーがこの循環パターンを変化させ、風や大気の圧縮を引き起こし、遠く離れた場所でも気温を上昇させることができるのです。

循環の変化は、もう1つの意外な発見にもつながっているかもしれません。

GOLDのデータによると、熱の付加量は時間帯によって異なることがわかりました。

研究チームは、午前中の方が午後に比べてより強い影響があることを発見しました。

研究チームは、地磁気の活動が夜間から早朝にかけて特に循環を強めているのではないかと推測していますが、これについては今後の研究で確認する必要です。

Laskar氏は、GOLDのデータから検出された微妙な変化に最も感銘を受けたといいます。

「以前は、大きな地磁気現象だけが熱圏を変化させると考えられていました。今では、小さな活動でも影響があることがわかっています。」

このように、GOLDは着実に温度を測定することで、従来考えられていたよりもはるかに地球周辺の磁気状況に敏感な超高層大気の姿を描き出しています。

Published by NASA.