オーロラ粒子と周波数

こんにちは
suikaspaceです

今日はオーロラと周波数について

周波数は音波や電磁波などのさまざまな波の振動状態を表す物理量です
電磁波：c=fλ
音波などの波：v=fλ
cが光速、vが音波やその他の流体(水とか)の速度、fが周波数、λが波長になります

電磁波と周波数について
とくに、宇宙の分野では、周波数によって観測できるものが違うことから電波天文学や衛星通信、レーダなど色々な周波数の電磁波が用いられています。たとえば、最近はやりのSAR衛星とかはマイクロ波を使用して地表面や海水面等を観測しています
また、身の回りでもさまざまな周波数の電磁波があふれています。高電圧線からは50Hz/60Hzの電磁波が出ていますし、電子レンジからはマイクロ波が出ています


オーロラと電磁波
前回のオーロラの話では、オーロラが宇宙からの高エネルギー粒子の降り込みによって生じるという話をしました

オーロラの話

実はその高エネルギー粒子ですが、宇宙空間で波動粒子相互作用とよばれる電磁波と高エネルギー粒子の相互作用により、加速させられたり、減速させられたりしています。この加速した粒子が地球に降り注ぐことでオーロラになっているんですね。オーロラ粒子なんて呼ばれ方もしています

粒子を加速させる電磁波
その粒子を加速させる電磁波というのが
　ELF(Extreamly Low Frequency)
　　→3Hz-3kHzの周波数
　VLF(Very Low Frequency)
　　→3kHz-30kHzの周波数
↑の帯域の周波数の電磁波です。他にもULF帯とかもありますが、専門外なので、ここでは省略

オーロラ粒子とオーロラ

さらに、これらの宇宙から伝搬してくる電磁波というのは実は地上でも観測できます

宇宙から電磁波を観てみよう
簡単な観測方法としては
ループアンテナ→アンプ→スペクトルアナライザ(通称:スペアナ)
の組み合わせで観測できます
このスペアナというのが電磁波から周波数の情報を取り出す鍵になっています
ただし、これらの電磁波の観測ができる環境は、
　・オーロラが見える程度の緯度
　・郊外や高圧電線から十分に離れている場所
という条件があります

今日はオーロラが観測できるときは、ELF/VLF帯の周波数の電磁波も観測できる、という話でした

ちょっと専門なこぼれ話
ELF/VLF帯域の周波数の電磁波のうち、磁力線に沿って伝搬する電磁波をホイッスラーモード波と呼びます。このホイッスラーモード波を宇宙のその場観測や地上で観測すると、一定の周波数ではなく、周波数がシフトして観測できます。これらの電磁波を音に変換すると、鳥のさえずりのような音になるので、通称、コーラス波をと呼ばれたりもします
大学院の研究セミナーで教授に聞かせてもらった時は、地球大気が歌っているようで神秘的に感じました

ワッフルコーン　みなとみらいミルクバニラ

地球が奏でるコーラスの中、オーロラが明滅していると考えると、より幻想的な現象に思えてきますね

また