６月度その２６：北方磁場強度シリーズ ➡ 柿岡K-indexが非常に静穏な6月20/21/22日、GOES衛星とUSGS低緯度_観測点の波形とフーリエパワー・スペクトルを調べよう！

さて、高緯度_北極域のBRW/CMOに発生する独特な３日間_地磁気波形は、北極域に発生する対流電流が原因であろう、との見解に至りました

それでは、低緯度の地磁気波形はどうでしょうか？低緯度ではLT昼間に地磁気波形_最大を観測します、これはK-index=4程度の弱い磁気嵐の時でも観測します

現在、柿岡K-indexは３を主体とする極めて静穏な３日間を迎えており、太陽風の影響が極めて少ないこの時に観測してみます

お付き合い頂ければ幸いです

まずは直近３日（6月20/21/22日）を含む柿岡K-indexグラフです

図１：柿岡K-index 2024-06-18 to 2024-06-22

続いてGOES衛星波形です、今後の解析ではフーリエ解析を多様するので、USGS観測期間の３日間に合わせました

図２：GOES衛星G16/G18の波形 6月20/21/22日

続いてG16とG18のフーリエパワー解析を行います

図３：G16フーリエパワー解析(6月20/21/22日)

徹底的に24h成分が強く、12h成分は極めて弱い

図４：G18フーリエパワー解析(6月20/21/22日)

同様に24h成分が強く、12h成分は極めて弱い

続いて低緯度サンファンSJGの波形です

図５：SJG地磁気波形 (6月20/21/22日)

SJGのフーリエパワー解析です

図６：SJGフーリエパワー解析 (6月20/21/22日)

12h成分が増えましたが、やはり24h成分がダントツです、3day成分が増えたのは３日間に渡る全体のゆらぎ成分が増えた事を意味します

続いて低緯度グアムGUAの波形です

図７：GUA地磁気波形 (6月20/21/22日)

GUAのフーリエパワー解析結果です

図８：GUAフーリエパワー解析 (6月20/21/22日)

SJGに比べ3day成分は大分少なくなりましたが、12h成分は同程度あります

考察：

１．サンファンSJGとグアムGUAの磁力線高度を確認しておくと、

図９：各観測点の磁力線高度

SJG磁気赤道上_磁力線高度は615km、GUAは24km

SJGは電離圏F層(もしくはF1/F2層)に含まれ、GUAは高度が低くF層に含まれません

従って、SJGはF層の影響を受け、GUAは受けないだろう、と予測されます

２．低緯度地磁気波形の特徴はLT昼間に波形ピークを迎える事です

最も極端な例がGOES衛星です、静止衛星であるGOES衛星は赤道上空約3万5千kmにあり、LT昼間に最大値を観測します（図２）

これは昼間太陽風により地球磁気圏が圧縮され磁力線密度が上がるためです

夜間には磁気圏は伸びて磁力線密度は下がります

図１０： 地磁気観測所｜基礎知識｜地磁気 より

３．それではSJGやGUAではどうでしょうか？

太陽風プラズマそのものは、SJGやGUAにまで至りませんが太陽風圧力は伝達されますし、太陽光による圧力もあるでしょう

太陽風圧力や太陽光圧力により 大気潮汐 - Wikipedia が引き起こされます

大気潮汐とは、太陽の放射や月の潮汐力などの影響で発生する、周期的な地球の大気の運動のこと。特に大気中層の成層圏や中間圏・熱圏などでは、顕著な気圧変動や風の変化として観測されるため、潮汐風とも言う。同様の周期で起こる海陸風とは異なり、大陸規模であること、主に1日2回周期で昇圧と降圧を繰り返すことが特徴。

主に1日2回周期 ➡ これが周期12h振動で、GOES衛星では観測されない成分です

図１１：上空100km付近での大気潮汐。赤が高温低圧、青が低温高圧。2005年9月、人工衛星TIMEDの観測による。

低緯度SJGやGUAで大気潮汐があまりに大きいと24h成分が減少し12h成分が台頭してLT昼間でのピークが得られなくなりますが、図６や図８を見ればそこまで大気潮汐は強くないようです

しかし12h成分があるという事は空間圧縮がされている事を意味しますので、磁場強度増大の方向に働いています

４．そうして電離圏です

GUAはともかくSJGは高度615kmですから電離圏にドップリ浸かっています

電離層 - Wikipedia によれば、

電離層あるいは電離圏は、地球の大気の層の一つ。

地球を取り巻く大気の上層部にある分子や原子が、紫外線やエックス線などにより電離した領域である。

図１２：地球大気の鉛直構造

そして、

図１３：電離層の日変化と高度(km)

と盛り沢山です（慣れるのに少し時間がかかります）F層とは夜間の名前で昼間はF1/F2層に分離します

熱圏に存在する窒素や酸素などの原子や分子は、太陽光線などを吸収する。そのエネルギーによって、原子は原子核の回りを回転する電子を放出し、イオンとなる。この現象を光電離という。この電離状態であるイオンと電子が存在する領域が電離層である。大気に入った紫外線などは、熱圏内で次々と原子や分子に吸収されていくため、繰り返し光電離が生じる。こうして熱圏内は電子密度の高い状態となっている。

太陽光のある昼間は電離が進み電子密度が上昇し夜間は減少する、という事なのですが、電子密度が高ければ磁力線周囲にジャイロ運動を引き起こして背景磁場を減少させるハズなのですが、そのような現象は観測されていません（図５SJG）

ここは私にとって謎です、昼間_電離圏の電子は地表に放電され雷のエネルギー源となる、といった記述も散見され、今後の調査が必要です

酸素イオンは常磁性か？も確認する必要があります、常磁性ですと棒磁石と同じ働きをしますので磁場強度を増大させます（ちなみに酸素分子は常磁性です）

一方、窒素イオンもあるとなると窒素イオンは反磁性かと思われ（通常、原子分子は反磁性）これは酸素イオンと窒素イオンでチャラになる可能性があります

私は酸素イオンにせよ窒素イオンにせよジャイロ運動はしないだろう、と考えています、重すぎるのです

いずれにせよSJGで昼間磁場強度が極端に減少する事はありません

お疲れ様でした、お付き合い頂きありがとう御座います

感謝です m(_ _)m