4.2 太陽風による地球の気象の巡回とヴァン アレン帯の形成
[太陽風により地球の天気が西から東に循環する地球の天気]
地球には電子密度が濃い電離層があって、電波を反射します。太陽風のH+は電波を反射しませんが、大気中に侵入して上空の分子と電離衝突するので、衝突電離で放出された電子により電離層を形成します。夜間に電子が発生されずにイオンと再結合して電離層の密度が低下します。
水素原子の密度は上空90 km付近でピークとなり、上空25 km付近にはオゾンの密度がピークになる層があります。地上まで太陽風のH+が到達することは巨大な磁気嵐が襲う場合を除いて殆どありません。 しかし、太陽風のH+が大気の分子や原子と衝突する際に持っていた運動量を大気に与えます。
その結果、超高層の地球大気の気流を駆動するとS. Karasawaが指摘しました。
地球の自転に伴い大気も移動しており、その速度は赤道付近ではジェット旅客機程度はあります。そこで、地球の側面をかすめて通過する太陽風は東側では加速し、西側では減速するので、地球の気象を反時計方向に回します。
地球の昼半球の赤道付近を直撃する太陽風は太陽の自転による回転性分を持っているので時計回転方向に貿易風を駆動します。 図10に示すように地球を周回する偏西風と貿易風は地球の自転と太陽風のH+によって駆動されています。
図 10 太陽風と地球の自転による地球の気象の巡回
[ヴァン アレン帯の形成]
地球が自転しており、上空の大気も周回運動をしています。赤道付近では貿易風が時計回転方向に吹いており、中緯度領域では偏西風が反時計方向に吹いています。これは、太陽から毎秒100万トンの陽子(H+)を主成分とする荷電粒子が秒速300kmから900kmで放出されており、その陽子群の一部が地球の上空の大気に衝突することにより地球の高い上空の大気の周回を駆動することに関与します。
太陽風は太陽が反時計方向の自転して太陽表面で秒速1.89ｋｍの反時計方向の回転成分を持つので、地球の昼半球の赤道付近では、太陽風を正面に受けた大気が歯車が噛み合う仕組みで時計回転方向に回転する貿易風を駆動します。 他方、中緯度では地球の側面を通過する太陽風が地球の自転で反時計方向に周回している大気と東側では平行方向に衝突しますが、西側では反対方向に衝突します。地球の夜半球側では反時計方向の太陽風が回り込むことにより地球の大気を反時計方向に周回する偏西風を駆動します。
そこで、太陽風が貿易風と衝突した陽子群は地表から近くを時計回転方向に周回しますが、太陽風が偏西風と衝突した陽子群は地表から離れた上空を反時計方向に周回します。荷電粒子群が並走すると磁気的結合があり、反平行に並走すると反発して貿易風と衝突した陽子群と偏西風と衝突した陽子群のあいだにスロット領域が発生します。そのスロット領域では下層の陽子群にまとわりついた電子群が周回し、上層の下部の陽子と並走して再結合して荷電粒子の存在しない領域になります。
図10 に示すようにヴァン アレン放射線帯は、高度2,000〜5,000kmの内帯と高度10,000〜20,000kmの外帯があり、6,000
km から 13,000 km の間に荷電粒子のないスロット領域があります。
図1１ ヴァン アレン帯の構造。
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