科学機器

産官学との提携

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科学の峰々

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大学共同利用機関法人 情報・システム研究機構 国立極地研究所副所長

佐藤夏雄 先生 に聞く

オーロラ物理学と日本の南極観測 上
聞き手：南明則 東京科学機器協会 理事／広報副委員長
同理事／広報委員
中村 友香
同広報委員
野村 篤史
同広報委員
山口美奈子
同事務局長
藏満 邦弘
同事務局／主事
岡田 康弘と き：2012年3月7日
ところ：東京科学機器協会会議室（取材・編集協力：クリエイティブ・レイ㈱佐藤安井久雄）夏雄先生のプロフィール

1971年 山形大学理学部物理学科卒業
1973年 東京大学大学院理学系研究科修士課程地球物理専門課程修了
1973年 東京大学大学院理学系研究科博士課程地球物理専門課程入学
1973年 同上 休学（第15次日本南極観測越冬隊に参加のため）1975年 同上 復学
1976年 同上 中途退学
（国立極地研究所に就職のため）1976年 国立極地研究所 助手
1982年 国立極地研究所 助教授
1991年 国立極地研究所 教授（1994年より現在まで 総合研究大学院大学教授を併任）
2005年 国立極地研究所 副所長（研究教育担当）
2008年 国立極地研究所 副所長（総括・研究教育担当）〈専門分野/研究テーマ〉
オーロラ物理学/オーロラの南半球と北半球との比較研究〈南極観測歴〉
日本の観測隊
第15次日本南極地域観測隊 越冬隊員
（1973年11月〜 75年3月）
第22次日本南極地域観測隊 越冬隊員
（1980年11月〜 82年3月）
第29次日本南極地域観測隊 副隊長兼夏隊長（1987年11月〜 88年3月）
第34次日本南極地域観測隊 隊長兼越冬隊長（1992年11月〜 94年3月）
外国基地（交換科学者）
フランス南極観測隊 夏隊（1977年）
ソ連南極観測隊 夏隊（1979年〜 80年）
〈北極観測歴〉
アイスランド・スバールバル・ノルウェー・グリーンランドなどへ多数参加〈学会〉
地球電磁気・地球惑星圏学会、米国地球物理学会〈賞〉
1982年 日本地球電気磁気学会・田中館賞
1998年 米国宇宙センター（NASA）
・グループ研究賞

6科学機器産官学との提携した。これがさらに国立大学の法人極へ行って、自分の手でオーロラの化に合わせ、4つの研究所が1つに観測をしたい」と言っていたように、なって、大学共同利用機関法人、博士課程の1年のとき、念願が叶っ情報・システム研究機構を作り、その─ 佐藤先生のご専門はオーロラて実際に南極へ行き、1年間越冬中に国立極地研究所があるという形物理学という分野で、現在は国立隊に参加することができました。になっています。4つの研究所とは方程式で自然の美しさを説明する
オーロラ研究に関心を持つ極地研究所に所属されています。

南極から戻って博士課程に復学

極地研究所のほか、統計数理研究

まずはご経歴を振り返り、これまでしましたが、国立極地研究所が研所、国立情報学研究所、国立遺の研究の概要や所属団体などをご究スタッフを集めていた時期で、来伝学研究所です。研究所の公式名紹介していただけますでしょうか。てくれという話をいただき、博士課程

称はとても長い名前になり、一般かを途中退学。国立極地研究所の助ら見ると分かりにくいかもしれません。

佐藤経歴を振り返ってお話をする

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大学院の面接試験でも「ぜひ南手となりました。
─ 現在、日本でオーロラの研究をと、大学は物理学科でしたが、大学でオーロラを学んだわけではありま─ 南極観測隊でのオーロラ観測されている方は何人ぐらいいるのでせん。オーロラに目覚めたのは大学は、東京大学に割り振られていたとしょうか。

4年生のときでした。研究者になりたいうことでしょうか。
佐藤 オーロラ研究は超高層物理

いと思い、では、どんな研究分野を目指そうかと、図書館へ行っていろ佐藤 日本で第1次の南極観測隊の中に含まれますが、超高層といういろと本を読んでいたとき、オーロラが組織されたのは56年前で、途中3と範囲は広く、成層圏より上の空間にぶつかったのです。

年間ブランクがあるので、現在は第を指します。研究者によっては火星

当時から純粋物理より地球物理

53次南極観測隊が南極へ行っていや水星、木星などを対象している人学的なサイエンスをしたいと思っておます。南極で日本のオーロラ観測がもいます。オーロラは太陽によって起り、オーロラの研究は物理学の方程スタートしたときは、きちんとした組織きる現象なので、広くスペースサイエ式を使って自然の美しさを説明するはなく、東京・上野の国立科学博ンスとも言っています。

ことができ、かつ、自分の手で観測物館が一応窓口となっており、その所属している学会は地球電磁気・ができるということで、これを目指す

中でオーロラの観測は東京大学が地球惑星圏学会といい、これが日ことにしました。

やるということになっていたのです。

本のスペースサイエンスの学会です。
この学会には700人ぐらいおり、そのそこで、どの大学院に行ったらよ
いかと調べていくと、日本でオーロラ─ 現在、先生が所属されている中でオーロラに近いことを研究してるの観測をやっていたのは南極観測

国立極地研究所は「大学共同利のは400〜500人。純粋にオーロラ隊で、その中でも東京大学の地球用機関法人」「情報・システム研の研究に限定すると、20人ぐらいで物理学科が行っていました。それを究機構」の中の研究所ということでしょうか。

指導していたのが永田武先生という、すが、これについて簡単にご説明日本の南極観測を始めた方であり、していただけますでしょうか。

─ 先生がオーロラに興味を持ったのは大学4年生のときとのことで国際的にも活躍している研究者でした。その先生の研究室に入れば南佐藤

極観測に行きやすいだろうと、さっそ野の国立科学博物館の極地部でしく受験し、東大の地球物理学科へたが、後に全国大学共同利用機関進みました。

として国立極地研究所が創設されま

国立極地研究所の前身は上すが、それ以前にはオーロラとの関わりはなかったのでしょうか。
佐藤 そうですね、それ以前にはオ

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ーロラを研究することになるとは、全のキラキラ光るオーロラが見えきまし

れが太陽から出ているガスで、宇宙く思っていませんでした。そもそも大た。やはりそのときは非常に感動しま空間を伝わって、地球へやって来ま学も、初めから物理学科だったわけした。

す。このガスが地球の大気の中にではありませんでした。
高校のとき数学は少しだけ得意だ
ったのですが、大学を受験するとき、オーロラは酸素や窒素と電子との衝突によって起こる山形大学の文理学部が理学部に改入ってきて、その中の電子が大気中の酸素原子や窒素分子に衝突します。その激しい衝突でエネルギーを得て不安定になった酸素原子や窒組されることになり、数学科とか物─ ここから先生のご専門のお話

素分子が安定した状態に戻るときに理学科とかの区別なく学生をとったをお聞きしていきたいのですが、出す光が、オーロラです。現象としのです。そこで物理学科を選んだ

オーロラとは何なのか、その発生ては、ネオンサインや蛍光灯と同じのは、大学1年のとき の一般教養でのメカニズムなどをご説明いただ放電現象です。

物理を教えていただいた良い先生とけますか。
─ オーロラは実験室でも作り出せ出会ったからです。僕は暗記が嫌いなのですが、講義でのニュートン

佐藤 オーロラは何かというと、電力学がとても分かりやすく、数個の気と磁気の現象であり、光っている

公式で宇宙の星の動きが解ける。のは反射などではなく、オーロラ自佐藤

物理とはこんなに面白いものかと、体が光を発しているからです。その作り出すことは可能です。最初に実物理学科へ進むことにしたのです。

エネルギーの源は太陽から放出され験を行ったのはノルウェーの研究者

面白いので勉強もしましたし、それる太陽風と呼ばれるガスで、これはで、実験室で薄いガスを含む真空で成績も上がり、大きな自信にもつプラズマとも言いますが、電子や陽状態を作り、磁石に粒子をぶつけるながっていきました。

子などの荷電粒子から成っています。と、両極に輪っかのような光が現れ日食のときなど太陽の周りにコロナました。これによってオーロラと同じよが広がっているのが見えますが、こうなものが実験室でもできることが分─ そうして大学院へ進み、南極るものということでしょうか。
全く同じものはできませんが、で初めてオーロラをご覧になったときは、どのような印象を持たれたのでしょうか。
佐藤

先ほど言ったようにオーロラを実際に見たのは博士課程の1年生で、第15次南極観測隊に参加したときでした。着いたときは南極の夏だったので、白夜のため全く見えませんでした。オーロラは暗くならないと見えないものなのです。
それが2月になると少しずつ暗くなっていき、2月の下旬になって基地の観測棟の屋上に観測装置を取り付けていたとき、ふと上を見上げると、まだ薄明かりだったのですが、紫色

8オーロラの出現頻度が高い地域をオーロラ帯と呼ぶ。北半球ではアラスカ、カナダ、アイスランド、ノルウェー、南半球では昭和基地などが、このオーロラ帯に位置している

また、大気中の窒素にエネルギー電と言えます。

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かったのです。

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産官学との提携の高い粒子が衝突すると青いオーロ

ただし、オーロラができるために─ オーロラが南極や北極に現れラになり、さらにオーロラ爆発と呼ばは条件があります。地球全体が磁るのは、どのような理由からなのでれる激しく渦巻くオーロラの時には、石になっているように、太陽にも磁しょう。

さらに高いエネルギーの電子がぶつ石があります。太陽から太陽風がかり、ピンク色に輝く非常に綺麗なオ放出されるとき、磁場がどちらを向佐藤 オーロラが起こるのは、地球ーロラとなります。なお窒素の場合は、いているかで、電子が地球に取り込に磁石があるからです。その磁力エネルギーの高い電子が衝突しないまれるかどうかが決まります。つまり、が太陽からやって来る荷電粒子に対とオーロラはできません。

地球は北極がS極で、南極がN極して防波堤のような役目をして、地球に入ってくるのを妨げようとします。
しかし、北極や南極は磁力が弱く荷オーロラの発生には太陽風の磁場の向き・速さなどが関係電粒子が入ってきやすいため、オーロラが起きるのです。
オーロラが起きやすいベルト状のですが、磁場が地球と同じ向きに放出された太陽風は、地球に届いても同じ極であるため反発し合い、粒子が地球の中に入れないのです。

─ オーロラの大きさについては、どのように決まるのでしょうか。

地域を、オーロラ帯と呼びます。磁

こうしたことから活発なオーロラが見える条件は、太陽風の磁場が南向きで、高速、高密度であるときと気緯度で言うと65度〜70度のあたり佐藤です。これより緯度が低いところは量や密度に関係していて、エネルギ磁力が強く、粒子が地球に入れずーが大きいほどオーロラも大規模で、─ オーロラの形はどのようにしてオーロラが起きないのです。

エネルギーが弱いと小さくぼんやりし決まるのでしょう。

緑・赤・青・ピンクなどオーロラが色を発する理由

太陽からやって来る電子のなります。

たオーロラにしかなりません。
例えるとオーロラとは、太陽から佐藤

形で一番多いのは、東西方太陽風という電気を帯びたものが地向にカーテンのように現れるものです

球に流れ込んできて、ものすごい電が、形は見る場所によっても変わっ─ オーロラにはさまざまな色があ圧をかけて、地球上で激しいショーてくるので、サイエンスとしてはあまりるようですが、色は何によって決まトを起こしているようなものです。地

重要視はしていません。

るのでしょうか。

球自体が発電機となった太陽風発佐藤

一応、大雑把に分類はあり、遠く色を作り出すのに関わっている要素は2つあります。衝突する電子のエネルギーが高いか低いかと、衝突を受ける大気中の酸素と窒素の兼ね合いです。
よく現れるのは緑色のオーロラですが、これは大気中の酸素にエネルギーの高い電子がぶつかったときに現れます。これに対して、酸素にエネルギーの低い電子がぶつかると、赤いオーロラになります。

オーロラは見る位置によって形が異なり、見える形状からコロナ（冠）状、バンド（帯）状、アーク（弧）状などの分類がある

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から眺めたとき、弧のように見えるも佐藤

オーロラが起きるのは地上

佐藤 オーロラ爆発が起きたときにのをアーク状オーロラ、それを近くか100km 〜500kmのところで、飛行は、原子力発電何基分もの発電量

ら見ると帯状に見えるのでバンド状オ機が飛んでいるのはそれよりももっととなるエネルギーが発生します。でーロラ、真下から見上げると一点か下となり、それには問題はありません。

すが、一時的に流れるだけなので、ら降り注ぐ放射状に見えるのでコロ

しかし、宇宙活動が盛んになり、それを取り出し蓄電するといったこと

例えば、宇宙ステーションは地上かは、現実的には無理だと思います。

ナ状オーロラと呼んでいます。
ただし、オーロラの中には何重にら350〜400kmあたりを飛んでいまもなっていたり、塊になったり、ヒラヒす。非常に強いオーロラが宇宙ステ─ 南極基地などでのオーロラ観

ラと動くものがあります。どうしてそうーションや人工衛星の太陽光パネル

測は、実際にはどのように行われていう形になるのかは、まだ説明が難を壊したり、電気障害を引き起こしたいるのでしょうか。

しく、おそらく電気があることによって、 り、GPSに影響を与えることも考えら磁場ができ、磁場ができると、電流れます。

佐藤 よく行われるのは静止画写真が流れ、それらがいたちごっこのよ

現在は、太陽の観察からオーロによる観測です。これは魚眼レンズ

うに関係して、さまざまな形ができるラが起きるかどうかを予測できるようを使った全天カメラによって、空全のではないかと思われます。になってきておりますので、太陽爆体にどのようなことが起きているかを発が起きた時に人工衛星へ警告を調べるものです。時間的な動きはビ

与えようと、宇宙の天気予報を行う

デオカメラで撮り、色を調べるためにようになっています。

はフィルター撮影を行います。

オーロラ発生の警告を与える
宇宙天気予報以前は南極の昭和基地で観測を─ オーロラが起きるときには強い─ オーロラの巨大なエネルギーを、行うだけでした。今は技術が良くなり、エネルギーが発生するということでなんとかして利用することはできなインターネットもあるので、北極にはすが、オーロラは飛行機などに障いものなのでしょうか。

無人観測点が設置されています。

害を与えることはないのでしょうか。

無人観測点では夜になると自動的にカメラのスイッチが入り、その撮影データを日本に送って来るわけです。
─ オーロラは日中は現れないのですね。
佐藤

高緯度では日中もオーロラは起きていますが、明るいので見えないだけです。極地へ行くと、秋分を過ぎると、日中の12時でも暗くなるので、発生すればオーロラを見ることができます。
─ 脈動オーロラというオーロラもあるようですが、これはどういうもの
オーロラができる高さは旅客機などの飛行高度のはるか上空で、国際宇宙ステーションや人工衛星が飛ぶ高度にも出現する10なのでしょうか。

脈動オーロラはオーロラ爆発

オーロラの全体まとめのあとに起きるもので、その特徴は光が点滅していることや、いろいろ・高速の電子が地球大気の酸素原子や窒素分子と衝突して発光と不思議な形に変化することです。

・オーロラの起こる高度は90〜500km（エネルギーが高いオーロラ点滅についても、あるところで起きて電子ほど低高度で起こる）

いる点滅と別の場所で起きている点

・光のカ−テンの方向は地球の磁力線方向

滅では周期が違い、現象は分かっ

・オーロラの発生と気温とは関係ない！ているのですが、理由は解明されて・磁気極を中心とした磁気緯度67度付近で発生頻度が最大（オーロラいません。
脈動オーロラは奥が深く、僕もまもなく定年となるので、その後はこの脈動オーロラの研究に専念したいと思っています。

南極と北極のオーロラは同時に発生するのか!?
─ 佐藤先生の研究テーマは「オ帯と呼ばれている）
・オーロラの源は太陽風・活発なオーロラが見える条件（太陽風の磁場が南向き、高速、高密度）・オーロラ嵐時の発電量は100万メガワット（大型発電所の1000個分）相当
・オーロラは南極でも北極でも起るが詳細は異なる★大気と磁場があれば、他の惑星（木星、土星など）でもオーロラは起きるの発生原因を調べようと研究を行っ佐藤てきました。

史的には単に割り当てられたところ

昭和基地のある場所は、歴ーロラの南半球と北半球との比較運が良いことに、昭和基地から出研究」とあり、先日もアイスランドにる磁力線の反対側にはアイスランド行っていたとお聞きしましたが、こがあります。これは日本のアドバンテ各国が協力して地球を観測することれはどのような研究なのでしょうか。

ージで、磁力線の両側でオーロラのになりました。この国際地球観測年

観測ができるのは昭和基地とアイスに合わせて日本の南極観測が計画

いろいろな意味で、南極とランドだけなのです。というのも、オされました。そのとき南極では1か所北極のオーロラがどう違うかを解明しーロラのメッカと言われる場所にはアで観測をするより、各国が分かれてようという研究です。個人的にはこラスカのフェアバンクス、カナダのイ基地を作り、データを集めた方がいれに脈動オーロラを加えて、オーロエローナイフなどがありますが、そのいとうことになりました。そこで日本がラを解明したいと思っています。

反対側は南極の海で、観測を行うこ割り当てられたのが、昭和基地のあとはできません。

る場所です。

佐藤

オーロラは地球の磁力線に添ってです。
国際地球観測年というものがあり、起きており、昔は南極と北極でオー昭和基地とアイスランドの両側で場所としては、海の氷がとても厚ロラは同時に起こるものと言われていのオーロラ観測は20年ほど前から行く観測船の到達が厳しい過酷な環ました。しかし今は、これは思い込われており、日本がそのようなデータ境で、お世辞にも良いところとは言みであり、実際には同時には起きてを持っていることは世界に誇れる宣えませんが、オーロラの研究者であいない方が多いことが分かってきまし伝材料の1つになっています。（表る僕にとっては、今まで述べたようにた。

組）←文字は佐藤先生キャプ（上）幸いだったと言えます。

ですが、僕たちは南極と北極でNo.

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産官学との提携にあり起きるオーロラがどういうとき似ているのか、また、どういうとき似ていな─ 昭和基地の場所はどのようにいのかを比較することで、オーロラ決まったのでしょうか。

次号では 佐藤 夏雄 先生
オーロラ物理学と日本の南極観測（下）において続きをお話いただきます。

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