オーロラはなぜ光る？

北極や南極に近い夜空に、緑色の光のカーテンがゆらゆらと揺れ、ときには赤や紫に色を変えながら空いっぱいに広がる。オーロラは、自然が見せる光景の中でも、とりわけ幻想的なもののひとつです。

あの光は、雲や月の光が反射しているわけではありません。上空100キロメートルを超える高さで、空気そのものが光っているのです。では、何が空気を光らせているのでしょうか。

始まりは、太陽から吹く風

太陽からは、光や熱のほかに、電気を帯びた粒子の流れが絶えず宇宙空間へ吹き出しています。これを「太陽風」と呼び、その速さは秒速数百キロメートルにもなります。

ただし地球は、この太陽風をまともに浴びているわけではありません。地球は大きな磁石のようなもので、そのまわりに広がる磁場が、バリアのように太陽風の粒子をさえぎっています。ところが、太陽風に押し流された磁場は地球の夜側に長く引き伸ばされ、そこにエネルギーがたくわえられます。そして、たまったエネルギーが何かのきっかけで解き放たれると、加速された電子が磁力線に沿って、北極や南極のまわりの上空へと一気に降り注ぐのです。

オーロラが極地の空でよく見られるのは、このためです。オーロラが現れやすい場所は、地球の磁極を囲むドーナツ状の帯になっていて、「オーロラオーバル」と呼ばれています。

色を決めるのは、空気の種類と高さ

降り注いだ電子は、上空の酸素原子や窒素分子にぶつかり、エネルギーを与えます。エネルギーを受け取って興奮した状態になった原子や分子は、もとの落ち着いた状態に戻るときに、そのぶんのエネルギーを光として放ちます。これがオーロラの光です。ネオンサインが光るのと、よく似た仕組みです。

光の色は、ぶつかった相手と、その高さによって決まります。もっともよく見られる緑色は、高さ100〜200キロメートルあたりの酸素原子が出す光です。それより高い、およそ200キロメートル以上では、同じ酸素原子が赤い光を放ちます。窒素は青や紫、ピンク色の光を出し、カーテンの下の縁がピンク色に縁取られることもあります。つまりオーロラの色は、空のどの高さで何が光っているかを教えてくれる目印でもあるのです。

日本の空にも現れるオーロラ

オーロラは、北海道などでもまれに観測されます。太陽で大規模な爆発（フレア）などが起こり、勢いの強い太陽風が地球に届くと、地球の磁場が大きく乱れる「磁気嵐」が発生し、オーロラの出る範囲が赤道の側へと広がるからです。

日本のような緯度の低い場所で見えるオーロラは、多くの場合、赤い色をしています。はるか北の空で光るオーロラのうち、高いところで光る赤い部分だけが、地平線の上にのぞいて見えるためです。2024年5月には、約20年ぶりという非常に強い磁気嵐が起こり、北海道だけでなく本州の各地でも、赤やピンク色に染まった空が観測されました。

こうした記録は、はるか昔にもさかのぼります。『日本書紀』には、推古天皇28年（620年）12月の夜のこととして、次のような一文が残されています。

天に赤気有り。長さ一丈余なり。形雉尾に似れり。

空に、キジの尾のような赤い気が現れた、というのです。国立極地研究所などの研究グループは2020年、これが扇形に広がるオーロラだった可能性が高いという見解を発表しました。日本最古の天文記録とされる一文です。

宇宙から見下ろすオーロラ

オーロラは、宇宙から眺めることもできます。国際宇宙ステーションが飛んでいるのは、高度約400キロメートル。オーロラが光る高さとほぼ同じか、それより上にあたるため、飛行士たちは、地球の縁に沿って緑や赤の光の帯が流れる様子を見下ろすことができます。

オーロラは、地球だけのものでもありません。磁場と大気をもつ惑星では、同じような現象が起こります。木星や土星では、ハッブル宇宙望遠鏡などによって、極のまわりを取り巻く巨大なオーロラがとらえられています。