短期間の旅行でオーロラを高確率で見る方法を考える(1)

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アラスカのオーロラ(Wikipedia/photo/ public domain)


オーロラを見てみたいという方は多いと思いますが、残念ながら私の近くにオーロラを見たという人はいません。旅行会社がオーロラ鑑賞を謳ってツアーを企画していますが、個人的には全く期待できないと思っています。そういう他人まかせの計画で上手くオーロラを見られるというのは甘いと思っています。時間とお金が沢山あって、長期でオーロラ観測が可能な人ならともかく、限られた時間とお金でオーロラを高確率で見ることは出来ないものかと考えています。最終的には、長期の考察を行い、最善のプランを立てて、海外へ行き、オーロラを見ましたという報告をするのが最終目的なのですが、その為にはオーロラについて深く知る必要があります。アフリカに行ってサバンナに行けば動物園のようにライオンとかキリンが見られるというものでも無いので、オーロラについてもどのような季節に、どこに行けば、どの時間帯にオーロラが発生するかというような検討が最小限必要でしょう。そこで、このブログでは何回にも分けて最終結論が出るまでオーロラについて徹底的に考察します。

オーロラとは何か

オーロラは地球の北極、南極に近いベルト状の領域に発生する大気の発光現象です。

地球大気の組成は窒素N2:78.08%、酸素O2:20.95%、アルゴンAr:0.93%、二酸化炭素CO2:0.03%ですから、窒素と酸素が主に光を出すということになります。

何故大気が発光するのか

太陽から吹いてくる太陽風が大気を構成している酸素・窒素分子に当たり、その分子にエネルギーを与えます。本来、酸素・窒素はそのままで安定な分子ですからエネルギーが高くなった(励起された)状態は不安定です。そこで、元の状態に戻った方が安定するので、余計なエネルギーを放出します。この際、エネルギーを光として放出します。これがオーロラの正体です。つまり、太陽風がないとオーロラは発生しません。Wikipediaによれば太陽風は水素イオンを主として、電子なども含んでいるようで、太陽風の平均速度は450km /秒とありました。太陽風の速度は後々重要になりますので、一応ここに記録しておきます。ということは酸素・窒素に太陽風が衝突して酸素・窒素分子にエネルギーを与えるということになります。

オーロラの色は何色か

上記の発光の原理を考慮すると、酸素分子が出す光と窒素分子が出す光は異なるはずです。何故なら、酸素と窒素が通常の状態(基底状態)で持っているエネルギーが異なっており、これらの分子に太陽風が衝突してエネルギーを与え励起すると、酸素と窒素は異なった励起状態になると考えられるからです。Wikipediaに記載されている色を整理すると、高度を無視すると、以下のようになる。

  • 窒素分子: 波長 557.7 nm(緑)、501.4 nm(青)、427.8 nm(紫)、
  • 酸素原子: 波長 630 nm(赤)

紫の光は肉眼で見えにくい波長にある為、主に肉眼で見える色は緑、青、赤ということになる。実際にはこれらの色が混ざると考えられる。良く写真で見られるオーロラは緑色のものが多いような気がするが、大気の主成分である窒素が出す光が緑ということでしょう。

(2)に続く