地球の放射線の「壁」は破られた?あらせ衛星が2024年の嵐で観測

この10年、地球を取り巻く放射線帯の内側には、目に見えない「壁」があると考えられてきました。日本の衛星「あらせ」は、その壁が破られる瞬間をとらえました。

2024年5月の極端な太陽嵐の間に、その領域の非常に高エネルギーな電子は5000倍以上に急増しました。従来のイメージを揺るがす結果です。

何が起きたの?

2024年5月、太陽で連続して起きた爆発により、数十億トンもの磁化されたプラズマが地球に向かって放出されました。その結果、NOAA(米国の海洋大気庁)のスケールで最大のG5の磁気嵐が発生。太陽風の速度は秒速1200キロに達しました。

名古屋大学の宇宙物理学者、三好由純さんらのチームが、あらせのデータを解析しました。論文は「Geophysical Research Letters」に掲載され、約3MeV(メガ電子ボルト)の電子が5000倍以上に増えたと報告しています。

増え方には段階がありました。まずエネルギーの低い電子が増え、約12時間後にそれより高いもの、さらに約1日後に3MeVを超えるものが増えたそうです。

なぜ注目されているの?

ヴァン・アレン帯は、地球の磁場に捕らえられた粒子の領域で、2つあります。内側は主に陽子、外側には高エネルギー電子が多くあります。

チームの解釈では、磁気嵐で「プラズマ圏」(地球を囲む冷たいプラズマの領域)の密度が下がり、普段は弱められている「コーラス波」が働けるようになりました。この波が電子にエネルギーを渡し、光速に近い速さまで加速したといいます。粒子の分布は境界付近でピークを示し、遠くから運ばれたのではなく、その場で加速された可能性を示しています。

こうした粒子は衛星のシールドを通り抜け、繊細な電子部品を傷めることがあります。この領域を通る宇宙飛行士の被ばくリスクも高まります。

これまでの「常識」は?

2014年、NASAのヴァン・アレン・プローブが、地球中心から約3地球半径のところに、非常に高エネルギーの電子がほとんど越えられない鋭い境界を見つけました。ダニエル・ベイカー氏はこれを「ガラスの壁」にたとえました。

説明の一つは、ある種の波が電子を大気へ落とす一方、内側へ向かう動きは遅すぎて壁を越えられない、というものでした。

今後は?

あらせは、超相対論的電子が2024年10月まで徐々に減っていく様子を記録しました。10月には別の磁気嵐が起き、環境が再び変わっています。今回の研究は極端な1例を調べたもので、より弱い嵐でも同じ加速が起きるかどうかは、まだ分かっていません。