@Spacecraft: 気をつけて!地球の雷と宇宙の「殺人電子雨」

著者: 黄祥紅段岳中

近年、科学者たちは地球の天候と宇宙環境の相互作用について画期的な新発見をしました。 2024年12月2日発行の『サイエンティフィック・アメリカン』誌に掲載された研究によると、地球の大気圏での落雷がどのようにして低軌道で強力な「キラー電子の雨」を引き起こすのかが明らかになった。この発見は、このような高エネルギー電子は地球の遠方の外側の放射線帯にのみ現れるという科学者のこれまでの理解を覆すものである。

「キラー電子」とは、地球の放射線帯に位置する高エネルギー電子を指します。それらは宇宙船に深刻な脅威を与えるほどのエネルギーを持っています。これらの電子は通常、ヴァン・アレン放射線帯に位置しており、宇宙船の表面材料を貫通して材料の劣化を引き起こし、電子機器を損傷し、さらには単一粒子効果を引き起こして、宇宙船の正常な動作に影響を与える可能性があります。

「これらの高エネルギー粒子は宇宙船と宇宙にいる人間の両方に有害だ」とコロラド大学ボルダー校の天体物理学者ローレン・ブルーム氏は語った。 「高エネルギー電子が内側放射線帯にいつ現れるかを知ることは、被害を回避するための措置を講じるのに役立つだろう。」

この研究の主著者であるマックス・ファインランド氏は、NASAのSAMPEXミッションのデータを解析していたときに、1996年から2006年の間に高エネルギー電子の降下が急増するという異常現象を発見した。さらに調査を進めると、こうした高エネルギー電子の降下は地球の大気圏における雷の活動と密接な関係があることが判明した。研究者らはマイクロバーストのデータを国立雷検知ネットワークのデータと比較し、内側放射線帯のバーストが雷活動と一致していることを発見した。雷によって放出される電磁波は、大気圏から地球の磁力線まで上昇し、内部放射線帯に入ります。そこでの電磁波のエネルギーは、高エネルギー電子を磁場の閉じ込めから弾き出すのに十分なものです。

ロスアラモス国立研究所の宇宙天気科学者スティーブン・モーリー氏は、この発見は雷の活動と内側放射線帯における高エネルギー電子の降下との関連を証明するものであり、非常に説得力があると述べた。しかし、データの制限により、この研究分野にはまだ多くの探求の余地があります。

ブルーム氏は、この発見は地球の天候と宇宙環境の密接な関係について警鐘を鳴らすものだと強調した。この関係はオゾン層、大気化学、さらには気候に影響を及ぼす可能性があります。 「私たちは太陽から地球への力学や放射線帯を研究するだけではだめで、地球自身の大気や地表の気象システムも理解する必要がある」と彼女は語った。

実際、地球の天候と宇宙環境の関係は長い間科学者の注目を集めてきました。太陽嵐や地磁気嵐などの現象は地球の天候に影響を及ぼします。この研究では、地球の大気圏での雷活動が宇宙環境にも影響を及ぼす可能性があることが判明し、この相互作用がさらに証明されました。

この相互作用の影響にうまく対処するために、宇宙船の設計者はさまざまな対策を講じてきました。彼らは、宇宙船の部品を製造するために放射線耐性のある材料と技術を使用し、放射線被ばくを減らすために重要な電子部品にシールドを施し、宇宙船の運用を維持するために冗長システムを設計し、放射線による損傷を監視するために定期的なメンテナンスと検査を実施します。

つまり、地球の雷によって引き起こされる宇宙での「キラー電子の雨」現象は、地球の気象と宇宙環境の密接な関係を明らかにするだけでなく、我が国の宇宙環境研究と地球の気象予報に新たなアイデアを提供します。今後の科学研究において、科学者たちはこの分野での徹底的な研究を継続し、有人宇宙飛行と地球環境の保護にさらなる貢献を果たしていくでしょう。これらの研究を通じて、高エネルギー電子から宇宙船をより適切に保護できるようになるだけでなく、地球の気象システムと宇宙環境の複雑な相互作用についての理解も深めることができます。