【ニュースリリース】明滅オーロラとともに起こるオゾン破壊 ～宇宙からの高エネルギー電子が大気に及ぼす影響を実証～
2021年07月14日
三好由純教授（名古屋大学宇宙地球環境研究所）、細川敬祐教授（情報・ネットワーク工学専攻）らの国際研究グループは、宇宙のさえずりと呼ばれる特殊な電波によって、脈動オーロラと呼ばれる明るさが明滅するオーロラが発生した時に、オーロラを起こす電子よりも1000倍以上のエネルギーを持つバン・アレン帯（放射線帯）の高エネルギー電子が高さ60km付近の中間圏にまで侵入することによって、中間圏のオゾンが10%以上減少することを発見しました。
この過程は、本研究グループによって理論的に予測されていたもので、今回、宇宙航空研究開発機構（JAXA）「あらせ」衛星と北欧に設置されている欧州非干渉散乱 (EISCAT) レーダー、及びオーロラ観測ネットワークによる国際共同観測と、本研究グループが開発したシミュレーションを組み合わせた研究によって実証されました。
この成果は、オーロラに伴う宇宙からの電子降り込みが、超高層大気注1だけでなく中層大気注2にも大きな影響を及ぼしていることを実証するものです。中間圏注3オゾンの変化は、気候変化にも影響を及ぼすことが指摘されている重要な過程であり、本研究の成果は、宇宙と地球大気との関係の新たな理解につながるという意義を持っています。
2023年度からは、国立極地研究所や名古屋大学などが参加するEISCAT科学協会によって、次世代の大型大気レーダーEISCAT_3Dの北欧での運用が開始され、宇宙と地球大気との結合過程の理解がさらに進むことが期待されます。
本研究成果は、2021年7月13日19時（日本時間）付英国科学誌「Scientific Reports」に掲載されます。
ポイント
- ・宇宙のさえずりと呼ばれる「コーラス」電波によって、脈動オーロラと呼ばれる明滅オーロラが発生する際に、オーロラ電子の1000倍以上もエネルギーが高い放射線帯バン・アレン帯(放射線帯)の高エネルギー電子が同時に大気へと降り込み、その結果、中間圏（高度60-80km）のオゾンが10%以上破壊されることを示した。
- ・この研究成果は、「あらせ」衛星の定常観測開始直後である2017年3月に、JAXAの「あらせ」衛星と北欧に設置されている欧州非干渉散乱 (EISCAT) レーダー、光学観測ネットワークによる国際共同観測と、本研究グループが独自に開発したシミュレーションによって得られたものである。
- ・中間圏のオゾンの変化は気候変化にも影響を及ぼすことが指摘されており、本研究の成果は、宇宙からの荷電粒子の降り込みと、地球大気の関係との新たな理解につながる重要なものである。
- ・2023年度から稼働する新しい大型大気レーダーEISCAT_3Dは、現在のEISCATレーダーよりもさらに高い感度を有しており、脈動オーロラに伴う中層大気変化の詳細がより定量的に解明されることが期待される。
成果の意義
中間圏オゾンの破壊は、気候変化にも影響を及ぼすことが指摘されている重要な過程です。本研究の成果は、宇宙からの電子の降り込みが、中層大気、引いては気候変化にも影響を及ぼす可能性を示唆する重要なものです。
一方、今回明らかにされた脈動オーロラに伴うバン・アレン帯電子の降り込みが、どのくらいの頻度で発生しているかはまだ明らかになっていません。2023年度より、国立極地研究所、名古屋大学などが参加するEISCAT科学協会によって、次世代の大型大気レーダーEISCAT_3Dの北欧での運用が始まります。高い感度を持つEISCAT_3Dレーダーと「あらせ」衛星との連携観測によって、このようなオゾンの破壊が起きている頻度が明らかになることが期待されています。また、脈動オーロラに伴うオゾン破壊の影響が、全球の大気に及ぼす影響を定量的に明らかにするための研究プロジェクトが、名古屋大学宇宙地球環境研究所などで開始されており、今後、宇宙と地球大気のつながりの理解がいっそう進むことが期待されます。
注1）超高層大気
熱圏、また電離大気である電離圏領域を指す。オーロラが発光しているのも超高層大気である。
注2）中層大気
成層圏と中間圏、および熱圏底部を含む領域であり、高度15km付近から100km付近までをさす。中層大気は、湿潤過程（雲など）や電磁現象（オーロラなど）を含むことなく扱える領域となる。
注3）中間圏
高度45kmから85km付近に存在する大気の層であり、成層圏(高度15-45km)と熱圏(85km以上)の間に位置する。
本研究の概要
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