電離層擾乱地磁気嵐プロトン粒子デリンジャ現象太陽活動日照第一種減衰

無線工学 > １アマ > H15年08月期 > A-23
A-23	次の記述は、電波伝搬における電離層の擾乱（じょうらん）現象について述べたものである。［　］内に入れるべき字句の正しい組合せを下の番号から選べ。

(1)	太陽面上で局所的に突然生じる大爆発（フレア）によって放射される大量のＸ線及び［Ａ］が、下部電離層に異常電離を引き起こすため、太陽に照らされている地球の半面で、短波（ＨＦ）帯における通信が突然不良となり、この状態が数分から数十分間継続する現象を［Ｂ］という。
(2)	これはＤ層を中心とする電離層の電子密度が急に上昇して、ＨＦ帯電波の吸収が増加するために受信電界強度が突然低下するもので、太陽に照らされている地球の半面における［Ｃ］地方を通る電波伝搬路ほど大きな影響を受ける。

	Ａ	Ｂ	Ｃ
１	荷電粒子	デリンジャー現象	低緯度
２	荷電粒子	電離層（磁気）あらし	高緯度
３	紫外線	デリンジャー現象	高緯度
４	紫外線	電離層（磁気）あらし	高緯度
５	紫外線	デリンジャー現象	低緯度

　HF以下の伝搬異常現象のうち、磁気嵐とデリンジャ現象は、良く対比して出題されます。双方とも太陽現象が原因となっているためですが、名前と特徴を結び付けておきましょう。最近は、これらの現象に対して、宇宙天気情報センターのページやここでのメーリングリストサービスなどで、配信されていますので、利用すると良いでしょう。

［１］太陽表面で何が起こっているか

　まず、これらの異常現象を調べる前に、予備知識として太陽表面で起こっていることを調べておきましょう。なお、以下の記述は、研究者向けでなく、我々素人にも分かりやすく書かれた、独立行政法人情報通信研究機構の宇宙環境情報テレホンサービスガイドを参考にしました。また、JARLに入会されている方は、JARL NEWS 2006年秋号及び2008年冬号の特集を参照下さい。電離層や太陽の物理現象が専門家の手により（私が書くよりもずっと深く、易しく）解説されています。

　太陽の表面には時々黒点が現れ、これが（太陽の磁極の反転の周期である）約11年周期で増減して、短波帯の伝搬に大きな影響を与えていることはご存知かと思います。これを書いている現在は、サイクル23の終焉が過ぎ、次のサイクル24が始まったか始まらないか、というところです。では、太陽の黒点が短波の伝搬に何故影響するのでしょうか？
　それは、一言で言うと、太陽の表面から放射される電磁波（主に短波長の紫外線やＸ線などエネルギーの大きな電磁波）や粒子が電離層や地球の磁気圏に大きな影響を与え、その放射頻度や強度が太陽の黒点活動と密接に関わっているからです。もっと正確に書くとこうなります。
　太陽の黒点からは時折、「フレア」と呼ばれる炎のような高温のプラズマが噴出することがあり、ここから強力なＸ線や紫外線や高速のプロトン（陽子）が放射されます。このうち、Ｘ線や紫外線は電離層の電離を促進させて電子密度を上昇させ、高速なプロトンは大電流となって元々ある地球の磁場を撹乱します。
　Ｘ線や紫外線は大気に吸収され、高速のプロトンは地球の磁場に巻きついて両極（南極、北極）に集束してしまいますので、我々の人体に影響はほとんどありませんが、大気の薄い宇宙空間を飛んでいる人工衛星は、こんな物騒なものが飛来しては、たまったものではありません。実際、太陽電池パネルが損傷したり、衛星のコンピュータがエラーを起こしたりして、障害となることがあります。
　このように、太陽はその黒点と時折起こる爆発＝フレアによって、我々の無線のアクティビティだけでなく、生活にも影響を与えているのです。

［２］デリンジャ現象はなぜ起こる？

　上で書いたように、フレアに伴って太陽から強力なＸ線や紫外線が放射されることがあります。Ｘ線や紫外線はものをイオン化（電離）する働きが強いので、地球の大気がある部分に到達すると、大気を構成する酸素や窒素をイオン化します。つまり、電離層にしてみれば、Ｘ線や紫外線が十分な強度で当たりつづければ、その電子密度がどんどん上昇することになります。Ｘ線や紫外線は特に大気の密度が高い下層の電離層（主にＤ層）で多く吸収され、ここでの電子密度を上昇させます。
　通常、HFの14 [MHz]以上では、Ｄ層の第一種減衰（通過する時の減衰）が少ないので、Ｆ層反射が有効ですが、太陽からのＸ線や紫外線が増加して電離層の電子密度が上昇すると、第一種減衰が増加して通信不能になります。これがデリンジャ現象です。Ｆ層反射では、Ｄ層の通過が２回ありますから、減衰量は２倍（減衰率で２乗）となり、大きく効いてきます。
　デリンジャ現象の源はＸ線や紫外線という（質量を持たない）電磁波です。太陽でフレアが起こると即座に（と言っても、電磁波でも太陽から地球まで約８分かかります）この現象が現れますから、始まり方も終息も変化が急です。太陽が当たっていない場所では、この現象は起こりません。また、低緯度ほど単位面積あたりの照射量が多いので、影響が大きいといえます。
　早い話が、デリンジャ現象は昼間に（主にＤ層の）電子密度が急上昇して、第一種減衰が増えて通信できなくなる現象です。

［３］磁気嵐（地磁気嵐）はなぜ起こる？

　次は磁気嵐の原因を探ります。太陽の黒点やフレアといった現象は、デリンジャ現象の原因となるＸ線や紫外線の他に、高速のプロトン（陽子）を大量に放出することは、上でも述べました。「電子が剥ぎ取られた水素原子」ともいえるプロトンは、プラスの電荷を持っていますから、これが大量に流れれば「大電流」となります。
　プロトンが地球に到達すると、地球磁場の磁力線に巻きつくようにらせん状に運動しながら、南極、又は北極に集束します。ここで、大気の酸素や窒素と衝突してそれらを励起状態（エネルギー的に高い状態。イオン化には至らない）を作り出すために、これらが発光する現象がオーロラだと言われます。
　太陽風が強い南向きの磁場を持っていると、地球に元々あった磁場が弱まり、あるいは反転するほどまでになります。こうなると、まず、高緯度でのＦ層の電子密度が低下し、MUFが低下します。時間が経つにつれて中緯度地方にもこれが及び、大規模な場合は数時間から数日に亘ってHFでの通信が不能になります。これが磁気嵐（地磁気嵐）です。
　太陽現象がほぼ即座に影響するデリンジャ現象とは異なり、プロトンは質量を持つので、フレアが発生してから地球に到達するまで30分～数日を要し（要するにスピードが遅い）、さらに磁気嵐に発達するまでに数時間から数日程度の時間がかかるので、昼間であるか夜間であるかには関係ありません。また、地球磁場の喪失・反転ですから、地球全体で起こります。
　磁気嵐を要約すると、地磁気の乱れによってＦ層の電子密度が徐々に低下し、MUFが低下して突き抜けてしまうために、昼夜の別なく通信ができなくなる現象です。

　このように、デリンジャ現象と磁気嵐では、HFで通信ができない、という現象面では同じであるものの、その発生原因（Ｘ線・紫外線とプロトンか）や特性（昼間のみか太陽高度に無関係か）が明確に異なっています。これを把握しておきましょう。

それでは、解答に移ります。
　Ａ…デリンジャ現象は、太陽からの強いＸ線や紫外線が原因で起こります
　Ｂ…突然電界強度が下がるのはデリンジャ現象です
　Ｃ…デリンジャ現象で受ける影響は低緯度ほど大です
となりますから、正解は５と分かります。