オーロラが熱圏で観測できる理由

質問

オーロラが熱圏で観測できる理由

オーロラの仕組みは理解しています。
しかしバンアレン帯があるのは外気圏なのに、なぜオーロラは熱圏で観測可能なのかが疑問でなりません。
電離層の影響でしょうか？

どなたか親切な方の回答期待しています。

回答No.1

kagakusuki · ベストアンサー

質問者様は学生の頃習われたフレミングの左手の法則の事を覚えておられるでしょうか。
　例えば、太陽から地球に飛来した陽子は、正電荷を帯びていますから、地磁気の磁力線（北向き）を横切る際に、地磁気から力を受けて、東向きに進路を曲げられます。
　そして、東向きに進む陽子が更に地磁気から力を受け、地球から離れる方向に進路を曲げられます。
　同様に、地球から離れる方向に進む陽子は西向きに進む様になり、西向きに進む陽子は地球に向かって進む様になり、という事が繰り返されて、陽子は磁力線の周りを回る様になります。
　この時、陽子が磁力線を横切る角度が直角ではなく、磁力線に対して斜めに進入した場合、陽子は磁力線に巻き付く様に、螺旋を描いて運動します。
　これは陽子に限った事ではなく、荷電粒子は磁力線沿って螺旋運動をします。（負電荷を帯びた粒子は、回転方向が逆になります）
　磁力線沿って運動する粒子は、当然、磁極に向かって進む事になりますが、磁極に近くなる程、磁力が強く（時速密度が高く）なります。
　磁力が強くなる方向へ進む粒子は磁場によって、反発力を受けて、磁極へ進む速度が低下し、ついには磁極から遠ざかる方向に跳ね返されます。
　反対側の磁極でも同じ事が起こりますから、荷電粒子は磁力線に沿って、２つの磁極の間で行ったり来たりを繰り返します。
　こうして地磁気に捕らえられた荷電粒子の群れがヴァン・アレン帯で、その中の荷電粒子は磁極に近付けないため、ヴァン・アレン帯は両極の上空が空いたドーナツ形をしています。
　ところで、地磁気は地球の核で発生していますから、地表における地磁気の強さは無限大ではありません。
　荷電粒子の運動量が大きければ、より磁極の近くまで進む事が出来ますから、大きな運動量を持つ荷電粒子であれば、大気圏内まで進入する事が出来ます。
　ですから、太陽活動が活発化して、大きな運動量を持つ荷電粒子が飛来する量が増加すると、磁力線に沿って移動した荷電粒子の一部が、南北の磁極近くの大気圏内に到達し、大気中の分子と衝突して、オーロラを生み出すのです。
　つまり、ヴァン・アレン帯に捕らえられかけた荷電粒子が、磁力線に沿って移動し、ヴァン・アレン帯の端が大気圏に接する場所で、大気中の分子と衝突する事で発生したものがオーロラなのです。
　ヴァン・アレン帯の端と書きましたが、加速度運動する荷電粒子は、電磁波を放射してエネルギーを失って行くため、ヴァン・アレン帯を構成している粒子の大部分は、高緯度地帯の上空まで磁極に近づく事はありませんから、実際のヴァン・アレン帯は大気圏に接してはいない様になります。
　因みに、地磁気の発生源が核という地下深くに在るため、荷電粒子を巻き付ける強さを持つ磁力線が、大気中を通っている地域は、南北の磁極の直上ではなく、磁極の周りのリング状の地域となり、オーロラの現れる場所もそのリング状の地域となります。

お礼

非常に参考になる回答ありがとうございます。
随所にわからない所がありましたが、大筋は理解出来ました。時間をかけて、頂いた回答を自分なり理解していこうと思います。

素晴らしい回答ありがとうございました。