電離層と呼ばれる分子と電荷を帯びた粒子の高密度層は、地球の上空約60 kmから地球の上部大気に垂れ下がっており、1,000マイルを超えて伸びています。上から来る太陽放射は大気層に浮遊している粒子を吸い込みます。下からの無線信号は電離層で跳ね返り、地上の機器に戻ります。電離層が磁場と重なる場所では、見事な光を放つ鮮やかな光のディスプレイで空が噴出します。
電離層はどこにありますか？
31マイル（50 km）から始まる中間圏や53マイル（85 km）から始まる熱圏など、いくつかの異なる層が地球の大気を構成しています。 UCAR Center for Science Educationによると、電離層は中間圏と熱圏内の3つのセクションで構成され、D、E、Fレイヤーとラベル付けされています。
太陽からの極端紫外線とX線が大気のこれらの上部領域を攻撃し、それらの層内に保持されている原子と分子に衝突します。強力な放射線が負に帯電した電子を粒子から追い出し、それらの粒子の電荷を変化させます。結果として生じるイオンと呼ばれる自由電子と荷電粒子の雲は、「電離層」という名前につながりました。イオン化されたガス、またはプラズマは、より高密度で中性の雰囲気と混ざります。
電離層内のイオン濃度は、地球に降り注ぐ日射量によって異なります。電離層は、日中は荷電粒子とともに密に成長しますが、荷電粒子が変位した電子と再結合するので、その密度は夜に収まります。 NASAによると、電離層の層全体がこの毎日のサイクルの間に現れたり消えたりします。太陽放射も11年間変動します。つまり、太陽は年によって放射を増減する可能性があります。
爆発的な太陽フレアと太陽風の突風が電離層の突然の変化を引き起こし、高高度の風と下の地球で発生する厳しい気象システムと連携します。
空を照らす
灼熱の太陽の表面は、高度に帯電した粒子の流れを放出し、これらの流れは太陽風として知られています。 NASAのマーシャル宇宙飛行センターによれば、太陽風は毎秒約25マイル（40 km）で宇宙を飛行します。地球の磁場とその下の電離層に到達すると、太陽風がオーロラと呼ばれる夜空でカラフルな化学反応を起こします。
太陽風が地球を横切ってむち打ちするとき、惑星は磁気圏としても知られているその磁場の後ろにシールドされたままです。地球のコアに溶けた鉄をかき混ぜることによって生成された磁気圏は、太陽放射をどちらかの極に向かってレースを送ります。そこで、荷電粒子は電離層で渦巻く化学物質と衝突し、魅惑的なオーロラを生成します。
ポピュラーメカニクスによって報告されたように、科学者たちは太陽自身の磁場が地球の弱い方の磁場を押しつぶし、オーロラを惑星の夜側にシフトさせることを発見しました。
ナショナルジオグラフィックによると、北極圏と南極圏の近くでは、オーロラが毎晩空を横切って流れています。オーロラとオーロラとして知られている色とりどりの光のカーテンは、それぞれ地表から約620マイル（1,000 km）の高さにあります。イオンが下部電離層の酸素粒子に衝突すると、オーロラは緑黄色に輝きます。オーロラの縁に沿って赤みを帯びた光がよく咲き、夜空には紫や青も表示されますが、まれに起こります。
ボストン大学の地球物理学者である西村敏氏は、「オーロラの原因はある程度わかっているが、完全には解決されていない」と述べた。 「たとえば、紫などの特定の種類のオーロラの原因はまだ謎です。」
スティーブは誰ですか？
オーロラの他に、電離層は他の印象的な光のショーのホストでもあります。
2016年に、市民科学者は特に目を引く現象を発見しました。科学者はこれを説明するのに苦労しました、Live Science姉妹サイトSpace.comは以前に報告しました。ほとんどのオーロラが見えるよりも南にあるカナダには、白くてピンクがかった光の明るい川が流れていました。時々、緑のダッシュがミックスに加わりました。神秘的なライトは、アニメーション映画「Over the Hedge」に敬意を表してSteveと名付けられ、後に「Strong Thermal Emission Velocity Enhancement」として再ブランディングされました。
「オーロラを何百年も研究してきましたが、スティーブが何であるかを説明することはできませんでしたし、それでもなお説明することはできません」とニュージャージー工科大学の宇宙天気科学者、ガレス・ペリーは述べました。 「その放出と特性は、少なくとも電離層において、我々が観測する他のものとは異なるので興味深い。」
ジャーナルGeophysical Research Lettersの2019年の研究によると、STEVE内の緑色の縞は、荷電粒子が大気に降り注ぐときに、従来のオーロラが形成する方法と同様に発生する可能性があります。しかし、STEVEでは、電離層内の粒子が衝突して熱を発生させると、光の川が輝いているように見えます。
コミュニケーションとナビゲーション
電離層での反応は、空を鮮やかな色調で描きますが、無線信号を妨害したり、ナビゲーションシステムを妨害したり、広範囲にわたる停電を引き起こすこともあります。
電離層は10メガヘルツ未満の無線送信を反射するため、軍隊、航空会社、科学者はレーダーと通信システムを長距離でリンクできます。これらのシステムは、電離層が鏡のように滑らかな場合に最適に機能しますが、プラズマの不規則性によって破壊される可能性があります。 GPS送信は電離層を通過するため、同じ脆弱性を抱えています。
「大規模な地磁気嵐、または宇宙天気イベントの間、電流は地面、送電網、パイプラインなどに他の電流を誘導し、大混乱をもたらす可能性がある」とペリー氏は述べた。そのような太陽嵐の1つが、1989年の有名なケベック州の停電を引き起こしました。「30年経った今でも、私たちの電気システムはそのような出来事に対して脆弱です」
科学者は、レーダー、カメラ、衛星搭載機器、およびコンピューターモデルを使用して電離層を研究し、地域の物理的および化学的ダイナミクスをよりよく理解します。この知識を武器に、電離層の混乱をよりよく予測し、地下で発生する可能性のある問題を防止したいと考えています。
