質問: 高緯度で多く見られる、太陽から放出されたプラズマが大気圏に突入して光が発生する現象を何という?
回答: オーロラ

タイトル: オーロラ
太陽からは「太陽風」と呼ばれるプラズマの流れが常に地球に吹きつけており、これにより地球の磁気圏は太陽とは反対方向、つまり地球の夜側へと吹き流されている。太陽から放出されたプラズマは地球磁場と相互作用し、複雑な過程を経て磁気圏内に入り、地球磁気圏の夜側に広がる「プラズマシート」と呼ばれる領域を中心として溜まる。このプラズマシート中のプラズマが何らかのきっかけで磁力線に沿って加速し、地球の大気のうち電離層へ高速で降下することがある。大気中の粒子と衝突すると、大気粒子が一旦励起状態になり、それが元の状態に戻るときに発光する。これがオーロラである。発光の原理だけならば、オーロラは蛍光灯やネオンサインと同じである。プラズマシートが地球の夜側に形成されるため、オーロラは基本的に夜間にのみ出現するものである。しかし昼間にもわずかながら出現することがある。

タイトル: TARANIS
高高度発光現象の研究を進めるにあたっては地上からの観測のみでは発生頻度と水平分布の把握が困難であり、また大気中のエアロゾルにより発光スペクトルの計測に誤差が生じるなどの限界がある。さらに大気上層で生じるガンマ線に至っては大気に遮られ地表からは観測そのものが出来ないため、人工衛星を用いた観測が必須となる。TARANISの目的は、今だ未解明な点が多いこれら大気上層の高エネルギー現象を衛星軌道から複数の機器で観測することで磁気圏・電離圏・大気圏を結びつける電磁気学的な知見を得、高高度発光現象およびガンマ線の発生メカニズム解明へつなげることである。TARANISは小型衛星バスMYRIADEを使用する科学衛星シリーズの1基として設計され、観測機器として2台のカメラ、4台のフォトメータ(測光器)とX線・ガンマ線センサ、電場・磁場測定器およびそのアンテナが搭載される。

タイトル: 太陽嵐
太陽嵐により到達したプラズマ粒子等が溜まって磁気圏内に生成された電気エネルギーは、電離層に強い電流を流し、それによって激しい地磁気変動が発生する。さらにそれによる誘導電流が送電線に生成されると、この誘導電流が正弦波交流電流を乱し、電力関係の機器が壊れたり、発電所や変電所などの電力施設が破壊されて停電になるなど、大規模な被害が発生する。太陽嵐により放出される電磁波などは、その速度の違いによって、3段階に渡って別々に到達する。まず、最初に到達するのが電磁波で、これは光速度で伝わるためわずか8分程度で到達する。これは主に電波障害を起こし、多くの通信システム(人工衛星、飛行機の無線など)が使用できなくなってしまう。次に来るのが放射線で、これは数時間で到達する。宇宙飛行士などは放射線を遮蔽できるような施設内に避難しないと被曝してしまう。

タイトル: 極夜
極夜(きょくや、英語: polar night)とは、日中でも薄明か、太陽が沈んだ状態が続く現象のことをいい、厳密には太陽の光が当たる限界緯度である66.6度を超える南極圏や北極圏で起こる現象のことをいう。対義語は白夜。

タイトル: 太陽変動
これらの (地球上の局部におけるもの;地球全体平均での変化はごく小さい) 太陽の日射で長期間にわたって小さくても25%の変動が発生している。近年で最も顕著な現象としては地球の自転軸の傾きが24度に達した時期、いわゆる完新世の気候最温暖期に先立つ時期おいて、極域の夏に最も太陽が近づいており (近日点)、北半球が受ける日射量が極大となっていた (ミランコビッチ・サイクル を参照のこと)。

タイトル: 銀河
遠い銀河で、星の物質が強い潮汐力によってブラックホールに引きずり込まれる際、紫外線の発光が起こる。銀河団の中に漂う熱せられたガス成分はX線によって観測可能である。また、銀河中心に位置する超大質量ブラックホールの存在も、X線天文学がもたらした成果のひとつである。

タイトル: 環天頂アーク
環天頂アーク(かんてんちょうアーク、英語:circumzenithal arc、circumzenith arc、CZA)は大気光学現象の一種であり、太陽の上方に離れた空に虹のような光の帯が現れる現象である。環天頂弧(かんてんちょうこ)、天頂環(てんちょうかん)、天頂孤(てんちょうこ)などとも呼ばれる。またその形状が地平線に向かって凸型の虹に見えることから、俗に逆さ虹(さかさにじ)ともいう。

タイトル: プラズマ活性化
残りスペースの電界が無視できる場合 (これは電気接地までの距離が長い場合に発生する)、コロナ放電が発火する可能性がある。そうしないと、高電圧電極がアースにスパークする可能性がある。高電圧電極の極性に応じて、カソードの周囲に形成される負のコロナと、アノード(陽極)の周囲に形成される正のコロナが区別される。負のコロナは、カソードから放出された電子が電場で加速し、原子や分子と衝突してガスをイオン化し、より多くの電子を放出し、したがってアバランシェを形成するタウンゼント放電(英語版)に似ている。二次プロセスには、カソードからの電子放出と、ガス雰囲気内の光イオン化が含まれる。負のコロナは、電極の鋭いエッジの周りに均一なプラズマを発生させる。一方、正のコロナでアバランシェを開始する電子は、高電圧アノードを取り囲むガスの光イオン化によって生成される。

タイトル: 日傘効果
日傘効果(ひがさこうか)とは、火山の大規模噴火や排ガスなどのエアロゾルによって生じた雲が太陽の光を反射させて地球の平均気温を下げる効果。

タイトル: 光電効果
物質に光を照射すると、光と電子の相互作用によって、光のもつエネルギーが電子に与えられ、電子(光電子)が物質の表面から放出される。この現象を外部光電効果、または単に光電効果と言う。広義には電子のみならず、原子や分子が外部に放出される現象も含める。また、気体の原子や分子が自由電子を放出する光イオン化(英: photoionization、光電離)も広義の外部光電効果である。光電子の放出は物質に一定の振動数以上の光を照射した時のみ発生する。このときの振動数を限界振動数 ν0 と言う。またその時の波長を限界波長 λ0 と言い、これらの値は物質の種類によって決まっている。入射光の強度にはよらない。この現象の起こりやすさは仕事関数 φ で表すことができ、ν0 と λ0 を用いて書くと、c を光速、e を電気素量として

タイトル: エウロパ (衛星)
太陽からの紫外線と木星磁気圏からの荷電粒子 (イオンと電子) がエウロパの表面の氷に衝突し、水分子を酸素と水素に分解する。こうして生成された成分は吸着され、その後スパッタリングを受けて大気中に放出される。スパッタリングとは、天体の表面に高速の粒子が衝突し、表面にあった粒子がエネルギーを与えられた結果として叩き出されて散逸する現象のことである。紫外線や放射線が衝突することによってこれらの生成物が表面から放出されることもあり、これらの2つの過程の釣り合いで大気が形成されている。酸素分子は寿命が長いため、エウロパの大気では最も多い成分である。表面から大気中に放出された酸素分子は重力に引かれて再び表面に戻った後、水や過酸化水素分子のように固着 (凍結) せず、また表面から脱着して再び放物線軌道を描いて大気中を運動する。

タイトル: 環水平アーク
58°以上という高い太陽高度が条件のため、概ね北緯・南緯55度より極側の高緯度地域では、高山を除いて見ることができない。ヨーロッパでは、デンマークのコペンハーゲン付近が北限である。また、低緯度の地域ほど、夏季を中心とする太陽高度58°以上の期間が長くなり、観測されやすい。中緯度にある日本などでは、夏の間、夏至を挟んだ半年前後の期間見ることができ、概ね1年に数回程度観測できる。環水平アークを観測できる時、雲を構成する氷の結晶の多くは六角板状で、方向がおおむね揃っている。鉛直面への入射と水平面からの出射で2度屈折した太陽光は、氷晶がプリズムとなって可視光線の波長ごとに分光されて虹色に見える。

タイトル: 超粒状斑
超粒状斑(Supergranulation)は、太陽表面に特徴的に表れるパターンである。1950年代にA.B.Hartによってドップラー効果の測定の際に発見され、光球の水平方向に300から500 m/sの流れがあることが見いだされた。1960年代のLeighton、Noyes、Simonらによる研究で、典型的な超粒状斑は約24時間の寿命で、約3万kmに及ぶことが明らかとなった。 超粒状斑は長い間、特殊な対流によるものだと解釈されてきたが、その起源は正確には分かっていない。太陽の光球に粒状斑が存在することは良く確認された現象であるが、大規模な粒状斑のパターンについては、その性質や実在についてすら未だに論争がある。直径150-2500 kmの粒状斑、5000-10000 kmの中型粒状斑、20000 km以上の超粒状斑という3種類の大きさに分類できるという研究者もいる。

タイトル: 空
地球の空の色は時間帯によって変化する。夜明け前、東の地平線には朝焼けが起こり、暗い空が赤くなる。太陽が昇り充分な高さになると空は青色に見える。そして日没が近くなると西の空は夕焼けでオレンジ色になり、太陽が沈むとまた空は暗くなる。このような空の色の変化は、太陽光が含むいわゆる"七色"の可視光線(光)の性質と、大気(空気)をつくっている成分の気体分子やちりなどの微粒子が光に作用することに関係する。太陽の可視光線の波長よりも半径が数桁小さい大気中の酸素や窒素などの分子は、可視光線のレイリー散乱を起こす。散乱光の強度は、電磁波の波長の4乗に反比例する。青い光は約450ナノメートル(nm)、赤い光は約700 nmだが、同じ強さならば波長が短い青い光のほうが6倍ほど強く散乱される。

タイトル: プラズマ宇宙論
それが積み重なり大きなスケールの変化が起き始め大規模な構造を作り出すと考えられている。その大規模構造はビッグバン理論が重視する重力ではなくプラズマの中を流れる電気と、それがつくりだす磁場によって形成される。このことは、現在ビッグバン宇宙論では説明の難しいグレートウォール (The Great Wall)などの大規模構造を解明する糸口になる可能性がある。プラズマの長さが1万光年から10万光年にも達するほど集まった場合、その中を巨大な電気が流れ出し、それが非常に大きな磁場を発生させる。次に電気と磁場の相互作用によってプラズマの形はさまざまな変化を見せる。隣接したプラズマのガスの柱どうしは引き付け合い、絡み合うことにより複雑な構造を作り出す。現在、プラズマ宇宙論は非主流派の理論である。

タイトル: 真空
負グロー、陽光柱は気体の種類で異なり、窒素では負グローが青色に陽光柱は赤色になる。また、陰極近傍では電位分布は負グローに向かってほぼ直線状に上昇する。したがってこの陰極付近では電界が高く、数多くのエネルギーを持つ電子と気体分子との衝突によって盛んに正イオンが作られる。正イオンは加速されて陰極金属に衝突し、正イオンとの運動量の交換により陰極電子金属が空間に放出される。これをスパッタ作用といいその結果放出された陰極電子金属物質は陰極近辺のガラス管の内壁に付着するようになる。 このスパッタ作用は現在では陰極物質を対象物に蒸着し薄膜を形成するための主要な手段になっている。また陽光柱の部分は電子密度と正イオン密度がほぼ等しい、いわゆるプラズマ状態になる。この陽光柱プラズマは蛍光灯、ガスレーザー管、ネオン管などに利用されている。

タイトル: モートン波
モートン波(モートンは、Moreton wave, Moreton-Ramsey wave)は、太陽の彩層に表れる大規模なコロナの衝撃波である。太陽フレアによって発生し、太陽の「津波」とも呼ばれる。モートン波は主にHα帯で観測される。

タイトル: 光条
光条(こうじょう、英語:ray system)ないし輝条(きじょう)とは、天体の表面にクレーターができる時に拡がった噴出物が、放射状の明るい筋となったものである。かつて光条は大気の無い天体にのみ存在すると考えられていたが、現在では赤外線観測衛星テミス(THEMIS)によって火星上にも発見されている(→Zunil crater)。光条を形成している物質は、光の反射率(アルベド)、組成、熱的性質において、その周囲の物質と異なっている。そのため可視領域で(場合によっては赤外領域で)輝く筋となって観測されるのである。光条はクレーターの直径の数倍まで広がり得る。光条には、噴出物の一部によって形成された小さな二次的クレーターが付随する場合がある。目に見える光条は、その周辺よりも高い反射率を持つ場合が多いが、逆に周辺よりも著しく低い反射率を持つ噴出物も存在する。

タイトル: プラズマ物理
6 V であるから、電離にはマクスウェル分布の高速度側裾の電子が効率的に働くことと考え合わせて、電子温度 10 eV で水素プラズマが完全電離になることが素直に理解される。次に宇宙および地上のプラズマの代表的な例とその特性値をあげる。ここで n は電子密度 (m)、Te は電子温度 (eV)、Ti はイオン温度 (ev)、λD はデバイの長さ (m)、ωpe はプラズマ振動数 (s)、Λ はプラズマ・パラメタ、α は電離度を表す。存在場所で言えば、まず銀河系内で銀河面に近い場所は、星と星との間にも平均で 5×10/m 程度の密度の水素原子でみちているが、そのうちB1型星より高温の星の近所やガス星雲の内部ではこれらの原子が完全電離してプラズマ状態になっていて、HII領域と呼ばれ、よく研究されている。ちなみに HI は中性水素原子を表す。

タイトル: 周縁減光
周縁減光は以下のような原理によって生じる。太陽内部から放射された光はガスに吸収され外部へ到達できないため、外部から観測される太陽の光は太陽の表面付近で放射されたものである。地球から太陽の縁を観測するとき、光の経路が太陽内部を斜めに横切るためより多くのガスにより吸収を受ける結果、中心部と比較してより浅いところから放射された光が観測される。そのため、太陽の浅い場所ほど温度が低いことにより、縁の光は中心部に比べて暗く見える。より数学的には、周縁減光は以下のように説明される。光の吸収の程度は、単位質量当たりの断面積(不透明度(英語版)) κ {\displaystyle \kappa } , ガス密度 ρ {\displaystyle \rho } の積を射線に沿って積分した光学的深さ

タイトル: 大気散逸
この過程は、固体表面からのスパッタリングの過程と類似している。磁気圏を持つ惑星では、太陽風中の荷電粒子の進路は磁場によって曲げられて大気粒子との衝突を起こしにくくなる。そのため、この種の相互作用は磁気圏を持たない惑星において影響が顕著である。スパッタリングは、後述の太陽風によるイオンピックアップ過程と密接に関連している。なお、スパッタリングを起こすには衝突する粒子のエネルギーは keV のオーダーであることが要求される。より低エネルギーの粒子の場合は、ノックオンと呼ばれる散逸が発生する。大気分子は、極風、あるいはポーラーウィンドと呼ばれる過程によって、磁気圏を持つ惑星の極域から散逸する場合がある。磁気圏の極域付近では磁力線が宇宙空間に向かって開いており、大気中のイオンが宇宙空間へ放出し得る経路となる。これは非熱的散逸の中でも荷電粒子が散逸を起こす過程である。

タイトル: 月
極地域の永久影領域を除いた太陽光に照らされることがある地域で水が検出されたのはこれが初めてで、極地域だけではなく、月全体に水が存在する可能性を示す観測結果となった。月面に一時的な発光現象が起こることがあり、一時的月面現象 (英語: TLP, Transient Lunar phenomena) と呼ぶ。過去数百年の間に地球上からおよそ1500件の観測報告がなされているが、錯覚によるものや望遠鏡の鏡筒内異物による乱反射であったり、レンズの色収差など観測者側に何らかの原因があったりする場合の誤認が多いとされている。実際に生じている月面での発光現象の原因として明らかになっているものが幾つかある。月の重力は地球に影響を及ぼし、潮の満ち引きを起こす(潮汐作用)。

タイトル: 電弧
電弧放電は負極からの電子放出の形態により、負極の加熱により起こる熱電子放出による熱陰極アークと、負極表面に存在する非常に強い電界によって直接電子が放出される(電界放出又は冷電子放出と呼ぶ)冷陰極アーク(電界アークとも呼ばれる)に分かれ、負極が炭素・タングステンなどの高沸点材の場合は熱陰極アーク、鉄・銅・水銀などの低沸点材の場合は冷陰極アークになるとされるが、不明な点も多い。また、放電路における気体分子の電離も電極間の気体圧力によって異なり、低圧の場合はグロー放電同様α作用(負極・正極間を移動する電子による気体分子の電離)によるが、高圧では熱電離が主となる。アーク放電が起きるとプラズマを流れる電流が周囲に磁場を形成してプラズマ自体が周囲の磁気エネルギーを取り込んで自己収縮するため電流が細く集中する。(ピンチ効果)

タイトル: 黄道光
黄道光の太陽に近い部分は太陽の光が眩し過ぎて直接目では観測できないが、コロナグラフ等で観測すると黄道光が太陽の外部コロナとつながっている事が判る。黄道光は、空の条件が良ければ基本的に肉眼で充分見える自然現象である。しかし、東京などの大都市およびその近郊では光害のために見ることは出来ない。村山定男によると、太平洋戦争直後は米軍による空襲を受けた焼け野原の東京都心で、台東区上野公園内にある国立科学博物館屋上から黄道光は明確に見えたと言う。少なくとも1970年代には同じ場所から黄道光は見えなくなっている。

タイトル: 日の出
通常の天体の出没と異なり、日の出・日の入りの時刻は、太陽の上端が地平線と重なった瞬間として定義される。さらに、大気差により、昇る太陽の光線の経路は地平線付近で大きく曲がるため、実際の日の出は、太陽の上端が地平線と重なるよりも前に起こる。太陽の見た目の半径(角度)は16分である。地平線付近の大気差は、大気の状況により異なるが、およそ34分である。よって、見た目上の日の出は、太陽が地平線下約50分(0.83度)の高さ(天頂からの高度が90.83度)にあるときに起こることになる。