オーロラのお話
幻想的な冬の風物詩、オーロラ。
日本で観測出来ることは滅多にありませんが、多くの方は映像や写真で見たことがあるかと思います。
このオーロラ、一体どういう原理で光っているのでしょうか。
どうして光るの？
まず、太陽からの「太陽風」によって、地球の北極や南極の近くに「プラズマ粒子」が運ばれてきます。
「太陽風」は太陽から出るプラズマの粒の流れ、「プラズマ粒子」は気体の粒が更に細かく分かれたもの、というような意味合いです。
次にこのプラズマ粒子が、上空からものすごいスピードで落ちてきます。
プラズマ粒子は、大きなエネルギーを持っています。
そんなプラズマ粒子と空気中の気体の粒がぶつかると、気体の粒にエネルギーが移り、同時に不安定な状態になります。
この状態になった気体の粒は、もとの状態に戻るために、エネルギーを出します。
この時、吐き出されたエネルギーが光となって、オーロラになるのです。
身近なものも
さて、このオーロラが光る原理、実は蛍光灯が光る原理とよく似ています。
蛍光灯も、放電によって蛍光灯の中の気体（水銀）の粒にエネルギーを与えます。
そして、水銀の粒がもとの状態に戻る時に、目に見えない光である「紫外線」を吐き出します。
それが壁面の蛍光塗料と反応して、目に見える光になっているんです。
蛍光灯の中の水銀が出す光は、紫外線でした。
一方オーロラは、赤、緑、紫、ピンクなどの目に見える光を出しています。
この光の色は、気体中のどんな粒がエネルギーを吐き出すかで決まっています。
赤や緑は、「酸素」由来。紫やピンクは、「窒素」由来の色です。
一般に、空高くに出来るオーロラは酸素由来、地表に近いオーロラは窒素由来の色を持つ光を放ちます。
これは、大気の成分が、地表の近くでは窒素が多く、遥か上空では酸素が多い、ということを表しています。
まとめ
オーロラのようなものを実験で実際につくることも出来ます。
瓶と真空ポンプ、それに電極を用意して、真空に近づけた瓶の内部で放電させると、オーロラを人工的に発生させることが出来ます。
気体の粒の種類はオーロラの色に関わってくるので、この実験で瓶の中に入れる気体を変えると、オーロラの色も変えることができます。
様々な色のオーロラを手元で見られるのは魅力的ですよね。
寒さを忘れさせてくれそうな、不思議なオーロラの光の正体。
それは、プラズマと大気が生み出す、天然の灯だったのです。
色々な気体にエネルギーを与えたときにどんな色で光るかの実験です。
ガラス管にそれぞれの気体だけを詰めて電気をかけています。
左から水素、重水素、窒素、酸素、水銀の気体です。気体によって色が違うことが分かります。
実際のオーロラもこれと同じ原理で色とりどりに光っていることが知られています。
このお話は、2012/02に CAST@NET で配信されました
オーロラ写真: Wikimediaより引用 (パブリックドメイン) United States Air Force
ガス管写真: Wikimediaより引用 (CC BY-AS 3.0) Alchemist-hp
おまけ
国際宇宙ステーション(ISS)から撮られたオーロラの動画です。
丸い地球の外側から見たオーロラもとても綺麗です！