 |
|
|
|
真空放電とスペクトル
地上付近における空気（一気圧）は絶縁体であり、通常電流を通さない。
しかし、気圧が低く真空に近い空間に電位差を加えると電流（電子）が流れ出す。
オーロラが出来る超高層大気では、まさしくそういった現象（真空放電）が起こっている。
大きな運動エネルギーを持った電子は希薄な大気中を通り抜けようとするが、その間にも空気の分子に衝突する。衝突された分子（原子）においては、その原子核の周りにある電子が一部はじかれ、より大きなエネルギーを持つ電子軌道に移行する。
上位の軌道ほど不安定であるため、すぐに電子はもとの軌道に戻ろうとする。
その際、エネルギーの一部を発光という形で放出する。（スペクトル
即ち、オーロラの正体は、超高層に存在する酸素原子や窒素分子が出すスペクトルであることが分かる。
大気の上から飛びこんで来た電子は発光を起こさせるだけでなく、空気分子から電子を突き飛ばし、新たに運動エネルギーを持った電子を生み出す。
実際に、酸素原子の緑白色を発光させているのは、それらのニ次電子である。
電子が１００kmの高さに到達するまで１００回ほどの衝突を繰り返すが、それ以下の高度では急激に大気の密度が増えるため、ほとんどの電子がそのあたりで止められてしまう。
オーロラカーテンの下端がシャープに見えるのはそのためである。
太陽風と太陽磁場
太陽は、南北の地磁気極以外に、その光球面に複雑な磁場を持つ。
その磁場が集中している小さな領域が黒点となって現れている。
黒点２つが一対になって現れ、磁石の両極（Ｎ極、Ｓ極に相当する）をなす。
その他、弱い磁場が広く分布する単極磁場領域というのが存在する。
このような領域の上にコロナ
地球磁場への影響
太陽は２５日周期で自転しながら、磁力線を周りの空間に撒き散らしている。
地球はその磁場の中を１年かけて公転する。
地球が太陽の磁力線を横切る時、その磁力線が地球に対してどちらを向いているかでその作用が違ってくる。
太陽の磁力線が地球磁場に対して、南向きの場合（ａ）と北向きの場合（ｂ）とに分けて考えると、図１のようになる。
ａは太陽の磁力線が地球の磁力線の一部と結合しており、ｂでは地球磁場が球形の領域に閉じ込められている。
ここでは、南向きの場合について考える。
太陽風が地球に吹きつける時、地球磁場を避けて吹き流れるため、彗星の尻尾のような長い尾が太陽と反対側にでき、図２（断面図）のような分布になる。
図１ 太陽磁場と地球磁場の結合
図２ 地球磁気圏の内部構造と太陽風粒子の流れ
図２で分かるように、陽子と電子からなる太陽風プラズマは、地球の磁気圏の外壁にぶつかった後、磁力線を横切って流れる。
地球磁気圏の発電機
磁場は、運動する陽子と電子に対して直角に力を及ぼしそれらの運動方向を変えようとするため
その結果、朝方側が正の電荷、夕方側が負の電荷に帯電し、起電力が発生する。
複雑な電気回路
地球磁気圏に与えられた電位差により、電子は運動する。
電子はプラズマシート
地球近くでは、電離層の中の幅約200kmの環の部分（即ちオーロラの環）が電気伝導度が高くなっている。
これは、オーロラ放電電子が大気と衝突することにより２次電子を多く作りだし、それらが電荷を運ぶからである。
電離層の内部でも複雑な電流の流れが起こり、これら全てが巨大な電気回路を構成している。
図３ オーロラ電子の流れ
尚、これらの電流は主に電子によって運ばれるが、朝方側の環の内側や夕方側の環の外側では電子が上向きに運動している。
つまり、朝方側の環の外側と夕方側の環の内側でのみ電子が磁気圏から突入し、これが一つのオーロラの環となって現れる。
オーロラ電子の加速機構
電子が数キロeVのエネルギーを得るためには、この発電機構に加え何らかの方法で加速されなければならない。
現在は、電場による加速が最も重要と考えられている。
実際、オーロラ・カーテンの通り道となる磁力線に沿った薄い層の中心ほど電位差が大きくなっている。 電子は電位差が大きいほど加速されるため、オーロラ・カーテンの中心を通る電子ほど大きなエネルギーを得ることができる。
