宇宙の電磁波の通り道「ダクト」がつくる脈動オーロラは朝に多い! ~過去 7 年分の地上-衛星同時観測から明らかに~

2026-08-28 総合研究大学院大学

総合研究大学院大学、国立極地研究所、名古屋大学などの研究グループは、2017~2024年の北欧における地上カメラと「あらせ」衛星の同時観測を解析し、脈動オーロラとコーラス波の関係を明らかにした。60件の観測事例を調べた結果、コーラス波が磁気圏内を長距離伝搬し、パッチ状脈動オーロラを生じさせるという従来の物理モデルが80%を超える高い割合で成立することを実証した。特に、長距離伝搬するコーラス波を伴う事例では93%がパッチ状脈動オーロラであり、その発生頻度は真夜中から朝方にかけて増加した。一方、長距離伝搬がない事例は真夜中付近でピークを示した。これは、磁気圏に形成される電子密度の管状構造「ダクト」が、コーラス波を閉じ込めて長距離伝搬させ、高エネルギー電子を散乱・降下させるというモデルを支持する。成果は、超高エネルギー電子の分布把握や宇宙天気予報の精度向上につながると期待される。

宇宙の電磁波の通り道「ダクト」がつくる脈動オーロラは朝に多い! ~過去 7 年分の地上-衛星同時観測から明らかに~
図 1:先行研究および本研究で示したモデルの概要。真夜中前(夕方側)ではコーラス波の発生そのものが少ない。真夜中付近になるとコーラス波が発生し、脈動オーロラも出現する。真夜中以降(朝側)では、ダクトによるコーラス波の長距離伝搬と超高エネルギー電子散乱、およびパッチ状脈動オーロラの発生が多くなる。

<関連情報>

地上画像装置とアラセ衛星の共役観測に基づく脈動オーロラと高緯度におけるコーラス波伝播に関する統計的研究 Statistical Study on Pulsating Auroras and High-Latitude Propagation of Chorus Waves Based on Conjugate Observations of Ground-Based Imagers and Arase Satellite

Y. Ito, Y. Ogawa, M. Fukizawa, Y. Tanaka, A. Kadokura, Y. Miyoshi, K. Hosokawa, A. Shinbori, T. Hori, Y. Kasahara, S. Matsuda, F. Tsuchiya, A. Kumamoto, A. Matsuoka, M. Teramoto, K. Yamamoto, I. Shinohara
Journal of Geophysical Research: Space Physics  Published: 02 July 2026
DOI:https://doi.org/10.1029/2026JA035231

Abstract

Pulsating aurora (PsA) is one of the common diffuse auroras typically generated by ∼10 keV electron precipitation. Precipitating electrons are scattered via wave-particle interactions with whistler-mode chorus waves in the magnetosphere. Previous studies have observationally demonstrated that, during PsAs, highly energetic electrons with energies ranging from a few hundred keV to a few MeV simultaneously penetrate into lower altitudes and can cause ozone depletion in the mesosphere and upper stratosphere. Recent attention has focused on the importance of high-latitude propagation of chorus waves through magnetospheric density ducts for the precipitation of such highly energetic electrons. Our previous study showed that patchy structures of PsAs reflect the cross section of ducts. However, no statistical study has examined the relationship between ducted propagation of chorus waves and PsAs using ground-satellite conjugate observations. Thus, we perform a statistical analysis to evaluate this relationship using data from the ground-based optical network in Scandinavia and the Arase satellite. The results show that when chorus waves propagate to higher latitudes while maintaining their electromagnetic properties, PsAs exhibit patchy structures with more than 90% probability, and occurrence increases from midnight to the morning sector. In addition, the background electron density irregularities indicative of ducts were also observed in four events during high-latitude propagation of electromagnetic chorus waves. For these events, the equatorial projection sizes of PsA patches ranged from several hundred to several thousand kilometers, comparable to the scale required to confine chorus waves. These observations suggest the horizontal scale of ducts at the magnetic equator.

1702地球物理及び地球化学
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