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オーロラの不思議: オーロラの発光過程

オーロラといえばカーテン状の緑色の光を思い浮かべると思いますが、実はオーロラはいろんな表情を持つ現象です。今回はそんなオーロラの不思議を紹介したいと思います。

オーロラの発光過程

太陽風に含まれるプラズマという陽子や電子が、大気中の原子や分子に衝突すると、衝突された原下が『励起』し、電磁波による発光現象が起こります。

大気に衝突したプラズマ自体が発光するのではなく、衝突された側の原子が発光する。これがオーロラの正体なんです。

では、『励起』とはどういった現象なのでしょう?

大気を構成している酸素原子や窒素原子は中心の『原子核』とその周りの『電子』から構成されています。この電子に太陽風のプラズマが衝突すると、衝突された電子はエネルギーをもらい、本来の軌道より外側を回るようになります。これが『励起状態です。

励起状態は不安定なため、元の位置『基底状態』に自然に戻りますが、この時2つの軌道にあるエネルギーの差分電磁波(光)を放出することになります。これがオーロラの光です。

https://auroranavi.com/aurora/emission.htmlより引用

色の違いのメカニズム

色とは、光の「波長」の違いであり、波長が短い光ほどエネルギーは強くに近く)、長い光ほどエネルギーは弱いに近い)という特性があります。

https://www.otsukael.jp/weblearn/chapter/learnid/87/page/2より引用

オーロラの色は励起状態と基底状態とのエネルギー差により決まります。したがって、エネルギーの差が大きければ「ピンクや紫色」、小さければ「赤色」、その中間で「緑色」を発光させることになります。

https://auroranavi.com/aurora/emission.htmlより引用