巨大磁気嵐が地球大気由来の酸素イオンを宇宙へ大量輸送

地球周辺の宇宙には、地球大気起源のプラズマが磁場に捕まって広がる「プラズマ圏」があり、主に軽い水素イオンで構成されています。磁気嵐が発生すると、プラズマ圏の酸素イオンが増加し、電磁波動の伝搬や、高エネルギー粒子の生成・輸送過程に大きく影響します。プラズマ圏内の酸素イオンは、磁気嵐の回復段階において、地球半径3－4倍程度の距離にあるプラズマ圏の外側に近い部分で増加し、通常の10〜20％ほど増えることが知られています。今回の研究では、2024年5月の巨大磁気嵐を対象に観測データを解析し、巨大磁気嵐時のプラズマ圏の酸素イオン増加についてそのメカニズム解明を目指しました。

地上磁力計ネットワークとジオスペース探査衛星「あらせ」の観測データを解析した結果、2024年5月の巨大磁気嵐時に、ニュージーランド上空のプラズマ圏において、プラズマ密度が通常の数倍から1桁以上高い極端な高密度状態に達していたことが明らかになりました。さらに平均イオン質量の解析から、このときプラズマ圏の90%以上が酸素イオンで占められていたことが分かりました。特に、この酸素イオンの増加は、磁気嵐の発達段階で、かつ地球半径2倍程度の地球にごく近い領域で観測された点で極めて特異な現象です。また、電離圏全電子数の減少や高エネルギーイオンと冷たいプラズマの共存や電子温度の上昇も確認されました。これらの結果は、巨大磁気嵐に伴って地球大気由来の酸素イオンが宇宙空間へ大量に輸送されていたことを示すものです。

本研究は、巨大磁気嵐の最中に地球近傍で酸素イオンが極端に増加する現象を世界で初めて明らかにしたものです。従来想定されていなかった領域での異常な酸素イオン増加や、異なる起源をもつプラズマの共存を観測し、局所的なエネルギー交換の存在を示しました。これらの成果は、磁気圏と電離圏の結合過程に新たな理解をもたらすとともに、人工衛星障害や高エネルギー粒子環境変動に関わる宇宙天気研究への貢献が期待されます。

九州大学　研究成果発表サイト
https://www.kyushu-u.ac.jp/ja/researches/view/1502