巨大磁気嵐がもたらす宇宙空間の変動観測に成功

地球周辺の宇宙空間には、太陽活動の影響を受けて形成される電離圏（※1）やプラズマ圏（※2）が存在し、これらは全球測位衛星システム（GNSS、※3）衛星測位や衛星通信に影響を及ぼします。磁気嵐（※4）の際には電離圏の電子密度が増減する電離圏嵐（※5）が発生し、通信障害や測位誤差の原因となります。プラズマ圏も磁気嵐で縮小し、回復には電離圏の状態が関係すると考えられていますが、その詳細な関係性は十分に解明されていません。

2024年5月10日に発生した約21年ぶりの巨大磁気嵐（※6）により、世界各地で低緯度オーロラが観測され、プラズマ圏の急激な構造変化や全球的な電離圏嵐がGNSS受信機網などで捉えられました。本研究では、JAXAの探査衛星「あらせ」と地上GNSS受信機網で観測された電離圏全電子数（TEC）観測（※7）を組み合わせ、電離圏嵐がプラズマ圏の回復に与える影響を解析しました。あらせ衛星の電子密度データを用いて、磁気嵐後のプラズマ圏の回復過程を詳細に追跡した結果、プラズマ圏の回復に4日以上を要していたことがわかりました。過去77例の磁気嵐におけるプラズマ圏の回復時間を調べたところ、今回の事例では、プラズマ圏の回復時間が極端に長いことが判明しました。GNSS受信機観測網によるTEC解析では、北半球全域で電離圏電子密度が50～90%減少していました。今回の観測でプラズマ圏の回復に時間がかかった原因は、電離圏からプラズマ圏へのプラズマ供給が抑制されたことによるものと、結論づけられました。

本研究は、2024年5月の巨大磁気嵐に伴う電離圏擾乱が、プラズマ圏の回復を著しく遅延させたことを世界で初めて明らかにしました。電離圏の電子密度低下がプラズマ供給を抑制し、プラズマ圏の構造変化と回復過程に大きく影響することを示した本成果は、宇宙天気予報モデルの高度化に貢献するものであり、将来的な衛星通信障害の予測精度向上にもつながる重要な知見です。