国立極地研究所（所長：中村卓司）の田中良昌(たなかよしまさ)特任准教授、西山尚典助教、門倉昭教授を中心とする、金沢大学、名古屋大学宇宙地球環境研究所、東京大学、東北大学、JAXA宇宙科学研究所、電気通信大学などの研究グループは、地上と科学衛星の同時観測により、地球周辺の宇宙空間で生まれる電磁波が原因となって南極、北極の上空の深く、すなわち成層圏近くまで高エネルギーの電子が降り注いできていることを世界で初めて明らかにしました。成層圏のオゾンの破壊を誘発すると考えられている高エネルギー電子がどのように極域大気に降り込んでくるのか、その仕組みの解明を一歩進めた成果です。

オーロラは、高度約100～300kmにおける大気の発光現象であり、地球周辺の宇宙空間から磁力線に沿って降り込んでくる数十キロ電子ボルト（keV（注1））以下のエネルギーを持つ電子が極域大気の原子や分子に衝突することによって発生します。さらに高い数百keV以上のエネルギーを持つ電子は、より地上に近い「中間圏（注2）」と呼ばれる高度約50～90kmの大気層まで侵入し、その組成を変化させ、中間圏のすぐ下にある成層圏のオゾン破壊の要因となると考えられています。

本研究グループは、地球周辺の放射線環境を調査する科学衛星「あらせ」により電磁波を、南極、北極に設置された大型大気レーダー「PANSY（注3）」、「MAARSY（注4）」により大気の電離を、同時に観測しました。その結果、「あらせ」が宇宙空間で電磁波を観測した同時刻に、南北両極では大気レーダーが上空55～80kmからの強い反射エコーを捉えました。これは、宇宙空間で生じた電磁波が、オーロラを光らせるエネルギー数十keV以下の電子だけでなく、より高いエネルギー（数百～数千keV）の電子を南極、北極の上空深くまで降り込ませたことを示しています。

図1： 南極昭和基地の大型大気レーダー「PANSY」のアンテナ群。

【用語解説】

注1：電子ボルト
エネルギーの単位でeVと表される。1電子ボルトは1個の電子が1ボルトの電位差で加速されるときのエネルギー。1keV=1000eV。

注2：中間圏
地球の大気の層の一つで、高度約50～90kmに位置する。その下の高度約10～50kmには、オゾン層を含む成層圏がある。

注3：PANSY
昭和基地（南緯69.00°, 東経39.58°）に建設された、南極最大の大気レーダー。1045本のアンテナで構成される。上空に向けて強力な電波を発射し、大気中で散乱され戻ってきたわずかな電波（反射エコー）を検出することで、上空500kmまでの大気の風速や電子密度等を観測する。

注4：MAARSY
北極のノルウェー・アンドーヤ（北緯69.30°, 東経16.04°）に設置された大型大気レーダー。433本のアンテナから成る。PANSYレーダーと同様の大気観測を行っている。

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