なぜ地球磁極は逆転するのか?

現在、太陽黒点数の推移を追っています

6月度その9:オーロラ・シリーズ ➡ 地球磁気圏、ヴァン・アレン帯、そしてオーロラ共役!

オーロラ・シリーズ ➡ 地球磁気圏、ヴァン・アレン、そしてオーロラ共役!

 

本日は最終回で「オーロラ・シリーズ」の第3話「地球磁気圏、ヴァン・アレン帯、そしてオーロラ共役!」と地球側に的を絞った内容となります、例によって少し細かいのですが、よろしくお願い致します m(_ _)m

尚、昨日までは電離層電流を項目として考えておりましたが、適当ではない事が分かりましたのでヴァン・アレン帯に致しました、これは明快です

 

 

* まず、地球磁気圏から

Wiki [磁気圏 - Wikipedia] より、地球型惑星の持つ磁気圏特徴として:

磁気圏の外側境界は比較的明確に定義される。太陽風のプラズマは惑星磁場を容易に横切ることができずそれを避けるように流れるが、一方、惑星磁場も太陽風プラズマ中に張り出すことができないため、惑星磁場の到達範囲はある一定の領域に制限される。したがって、磁気圏の範囲もこの惑星磁場が到達できる範囲までということになる。磁気圏の外側境界、すなわち惑星磁場の到達範囲と太陽風プラズマの領域とを分けている境界は磁気圏界面と呼ばれ、そこには太陽風側へ惑星磁場が漏れ出すのを打ち消すような電流が流れている。

ふむ、、、

磁気圏界面は、惑星の太陽側においては、太陽風の動圧と磁気圏の磁場の圧力とが釣り合う場所に形成される。一方、太陽と反対の方向に関しては、磁気圏は太陽風に吹き流されるかのように長く引き延ばされた形になっている。

お馴染みの、これですね

f:id:yoshihide-sugiura:20200618153945p:plain By NASA

電離圏とは?

大気の存在する惑星の場合、地表からの高度が下がるにしたがって、中性大気の割合が増加し、荷電粒子の運動が磁場(や電場)よりも中性大気粒子との衝突に強く影響されるようなる。このように中性大気の影響が表れ始める高度より下層の領域は電離圏と呼ばれる。

そして地球磁気圏とは?

地球の場合の太陽側の磁気圏界面の位置は、通常、地球中心から地球半径の10倍程度 (高度約60000km) の場所である。ただし、この位置は太陽風の状態によって大きく変化しうる。

ふむ、、、

太陽と反対の方向には、地球の高緯度域から出る磁力線が尾を引くように長く引き延ばされており、地球半径の200倍以上にまで達していることが確認されている。この長く引き延ばされた部分は磁気圏尾と呼ばれる。磁気圏尾では、磁場の向きが北半球側では地球方向(に向かう磁力線)、南半球側では反地球方向(に向かう磁力線)を向いており、磁場の向きが逆転するところでは磁場が弱くなっている。この磁場が弱くなった場所は、高温のプラズマで満たされており、プラズマシートと呼ばれている。

このプラズマシートの荷電粒子の降下が、、、

このプラズマシートのプラズマ粒子は、磁力線に沿って電離圏へと落ちて来てオーロラを発光させる主な原因になっていると考えられている。プラズマシートから地球へ向かって磁力線をたどっていくと、地球の南北の磁極を取り囲むリング状の領域にたどり着くが、それに対応してオーロラも主にこのリング状の領域 (オーロラ帯) で発光する。

ここで、ヴァン・アレンである

磁気圏のより内側の磁場が引き延ばされていない領域 (高度60000km以下) では、荷電粒子は、地球磁場に捕捉されて地球の周りを東西方向に回っている。このうち、特にエネルギーの高い1MeV以上のエネルギーを持つ荷電粒子がヴァン・アレンを形成し、10 - 200keV程度のエネルギーの荷電粒子がリングカレントを形成する。リングカレントは、磁気嵐時の地磁気変動の主要因とされている。

この磁気圏のWiki記述は、非常にシッカリしているように思える

 

* ここで再度、太陽風磁力線の凍結モデルを振り返っておこう

教養学部生のための磁気リコネクション入門」東京大学大学院新領域創成科学研究科・江尻晶さん資料より:

[http://fusion.k.u-tokyo.ac.jp/information/MagneticReconnection.pdf]

太陽コロナで、プラズマは磁力線の周囲を螺旋運動する

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ここで、赤の磁力線とそれを周回する黄色いプラズマ環を考えると、プラズマは抵抗が小さく、磁力線はプラズマとともに動く(一体化している)

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これが、「磁力線の凍結」である、これが太陽風の中味である、これがすっ飛んで来るのである

ここで、磁気リコネクションが起きると赤い太陽風磁力線は新たな磁力線に置き換わる、では、プラズマ環は?というと、地球磁力線の周囲を螺旋状に旋回するプラズマに変換されるか、太陽風磁力線の凍結から解放されて独立なプラズマとして地球磁気圏内に進入するか、そのどちらかか?ミクスチャーであろう、私に詳細は分からない

尚、磁力線の凍結から解放される事を「凍結の破れ」と言うそうだ、上記どちらのケースも凍結の破れが発生するように思える

 

* ヴァン・アレン

一方、Wiki [ヴァン・アレン帯 - Wikipedia] より:

ヴァン・アレン帯とは、地球の磁場にとらえられた、陽子(アルファ線)、電子(ベータ線)からなる放射線帯。

ヴァン・アレン帯の二重構造。By Booyabazooka

ヴァン・アレン帯は地球を360度ドーナツ状にとりまいており、内帯と外帯との二層構造になっている。赤道付近が最も層が厚く、極軸付近は層が極めて薄い。内帯は赤道上高度2,000 - 5,000kmに位置する比較的小さな帯で、陽子が多い。外帯は10,000 - 20,000kmに位置する大きな帯で、電子が多い

ここで、 

太陽風宇宙線からの粒子が地球の磁場に捕らわれて形成されると考えられている。電子は太陽が起源、陽子は宇宙線が起源とされている。地磁気の磁力線沿いに運動しており、北極や南極では磁力線に導かれ、進入してきた粒子と大気が相互作用を引き起こすことによってオーロラが発生する。オーロラはヴァン・アレン帯の粒子が原因であるため太陽活動が盛んなときは極地方以外でも観測されることがある。地球以外にも磁場を持つ惑星である木星土星天王星で存在が確認されている。

何と、そういう主張になりますか! 訳が分からなくなりますが、後でまとめます

 

* オーロラ共役

Wiki [オーロラ - Wikipedia] より:

オーロラは完全な両極点近傍ではあまり観測されない。地磁気の緯度でいえば、昼側では75度を中心としておよそ77度から78度のあたり、夜側では65度を中心としておよそ68度から70度のあたりに、地球の磁極を取り巻くドーナツ状の領域に発生する。(これがオーロラ帯、オーロラベルト)

オーロラを起こす粒子の主な供給源はプラズマシートであり、ここから粒子が地球電離層まで磁力線に沿って進入すると、このドーナツ上の領域にたどり着く。

という主張ですね!

共役点とは?

オーロラは北極と南極で同時に同じような形態(色や形)で発生することが知られている。これは同一の磁力線に沿ってオーロラを起こす粒子が同時に降下するからである。このように同じ磁力線でつながっている地点を共役点という。共役点は地磁気の経緯度が同じである。オーロラ帯の下にあって、地磁気の緯度が同じで、なおかつ南北ともに陸上である地点は、かなり限られている

陸上でなくても宇宙から見れば分かる、という事なのでしょうか?

南極と北極で、オーロラの形や動きが同調している By Polar VIS, JPL, NASA

上gifを見ると、オーロラは夜昼関係なしに発生しているのではないか?という気がして来る、昼間は明るくて見えないだけではないのか?と

夜の方が低緯度で発生する、というのは夜の方が地磁気が強いからではないか?

オーロラの原因たるプラズマ資源の貯蔵タンクが、夜間側のプラズマシートであれ、昼夜どちらにも存在し地球を取り巻くヴァン・アレン帯であれ、磁力線に沿って降下し大気上空で酸素や窒素と衝突しオーロラを発生させる事は間違いなさそうだ

この際、プラズマ流は磁力線の回りを螺旋運動しながら降下するのだろう、そして磁力線は北向きである事を考えると、北極近辺で発生するオーロラは水素イオン(陽子)起源南極付近では電子起源、ではなかろうか?と思えます(私見です)

 

* 最後に:

まぁ、結局は良く分かっていないのだから、色々な主張があるのである

まず、何が分かっていないのか?を分かる事が重要なのだけれども、どのような主張があるのかを理解して、そして一瞬全く分からなくなる時というのも真実に至る一里塚なのである

オーロラ・シリーズはこの一回で終わる事はない、オーロラはそれほど簡単に把握できる現象ではないからである

が、一旦、これにて第1回のオーロラ・シリーズは終了とさせて頂きたく存じます

 

訳の分からん細かな内容にお付き合い賜りまして、誠に誠に、ありがとう御座いました

心より感謝申し上げる次第です m(_ _)m

 

 

 

 

以上です

 

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 本ブログ題名「なぜ地球磁極は逆転するのか?」と件名「太陽黒点数の推移を追う!」は内容に於いて一致しません。 これは、はてなブログ無料版を使っている上で成行き上そう成ってしまったからです。 これを回避するにはproに行くしかないそうです。 現在、proに移行する計画は無く、当面このままで行くしか無い状況です。 混乱させて大変申し訳ないのですが、よろしくお願い致します。

 尚、太陽の黒点に関する一般的な解説は、こちら: [太陽黒点 - Wikipedia]

 

最後まで読んで頂き、ありがとう御座いました。

 

免責:

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引用:

[1] 国立天文台 太陽観測科学プロジェクト 三鷹太陽地上観測

[2] List of solar cycles - Wikipedia