2024 solar storm triggered ultrarelativistic electrons inside Earth's 'impenetrable barrier'

2024年5月の巨大磁気嵐の最中、日本の宇宙探査機あらせが、地球を取り巻く放射線帯の内側で、ほぼ光速で動く高エネルギー電子を観測した。これまで電子が入り込めないと考えられてきた領域での観測であり、一部の電子は3メガ電子ボルトを超えていた。このエネルギーは、衛星の遮蔽を貫通しうる水準である。この嵐では北海道から兵庫県までオーロラが見えるほど、太陽活動の影響が地上にまで及んだ。

この「越えられない壁」は2014年に初めて見つかったが、起源は完全には解明されていない。候補として、プラズマ圏ヒスと呼ばれる低周波の電波や、潜水艦との通信に使われる超低周波の人工電波が、電子を大気側へ散乱させて境界の形成に関わる可能性が挙げられている。今回、名古屋大学の三好由純教授らは、複数回の軌道観測から電子の位相空間密度を解析し、壁の内側付近にピークが生じて時間とともに強まることを示した。これは外側の放射線帯から流れ込んだのではなく、その場で電子が加速されたことを示す証拠だと研究チームは説明している。加速の要因としては、周波数が上昇しながら鳴く、コーラス波と呼ばれる電磁波が考えられる。

嵐によってプラズマ圏が大きく削られ、その外縁が地球近くまで後退したことで、壁の周辺は低密度のプラズマに覆われた。このため高温の電子がより内側まで入り込み、コーラス波を生み出しやすくなったと考えられる。さらに、通常は約2日で回復するプラズマ密度が、今回は約4.3〜4.7日かけて嵐の前の半分以上まで戻った。この長く続いた低密度の状態が、壁の内側での電子の加速を持続させた可能性がある。宇宙産業にとって重要なのは、従来は比較的守られた領域と見なされてきた場所でも、極端な宇宙天気の下では放射線が大きく増強されうると示された点である。衛星や有人宇宙機の放射線設計で、軌道の位置による安全の前提を固定的に扱うことへの再考を促す知見だといえる。研究者も、極端な条件下で電子がどう振る舞うかを理解し予測することの重要性を強調している。

日本の製造業、とりわけ部品や素材を手がけるサプライヤーにとっては、耐放射線性の電子部品や遮蔽材、あるいはそれらの試験・評価条件の設定に関わる機会として読める。将来的には、極端な放射線環境を想定した設計上の余裕や、長期間の低密度状態を模擬する試験が求められる可能性もある。ただし今回の知見は一つの嵐の観測に基づいており、他の事例で同様の現象が起きるかどうかは今後の検証を待つ必要がある。その検証の過程で、どの条件の試験が実際に要るのかを見極めることが、サプライヤーにとっての次の課題になるだろう。

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