Name: 研究室で「オーロラー」を再現！その研究目的とは？
Uploaded: 2022-05-26T21:01:10.000Z
Duration: 3 min 42 s

For decades, the exact science of how the northern lights form in our night sky has eluded experts.

夜空に輝くオーロラの正確なメカニズムは、何十年もの間、専門家の間でも解明されていませんでした。

And we have finally proved just how these dazzling light shows happen.

そして、このまばゆいばかりの光のショーを実現する方法を、私たちはついに証明したのです。

Auroras appear in the upper atmosphere near the poles and they were first mentioned in texts thousands of years ago.

オーロラは極域の大気圏上層部に現れ、数千年前の文献に初めて言及されました。

But it wasn't until the late 1800's that a Norwegian physicist first made the connection between electric currents in Earth's magnetic field and auroras in the sky.

しかし、1800年代後半になって、ノルウェーの物理学者が初めて地球の磁場中の電流と天空のオーロラとの関係を明らかにしたのです。

And it's only been since the beginning of the 20th century that scientists have known the basics of how auroras work.

そして、オーロラの仕組みの基本が科学者によって解明されたのは、20世紀に入ってからのことです。

Today, we know that all auroras begin with solar activity.

現在では、すべてのオーロラは太陽活動から始まることが分かっています。

The sun puts out a continuous stream of charged particles called the solar wind.

太陽は、太陽風と呼ばれる荷電粒子の流れを作り続けています。

These energetic particles strike oxygen and nitrogen molecules in the atmosphere, bumping them up to an excited state.

この高エネルギー粒子が大気中の酸素や窒素の分子にぶつかることで、分子が励起状態になるのです。

When they relax, the molecules emit photons that light up the night skies, producing beautiful auroras.

この分子が弛緩すると、光子が放出されて夜空を照らし、美しいオーロラが生まれるのです。

Occasionally, the sun will burp out a coronal mass ejection or solar flare, sending electrons slamming into Earth's magnetic field in what's called a geomagnetic storm.

太陽は時々、コロナ質量放出や太陽フレアを起こし、電子を地球の磁場にぶつけ、地磁気嵐と呼ばれる現象が起こることがあります。

They're responsible for producing the most intense auroras.

最も強烈なオーロラを発生させる役割を担っているのです。

They disrupt the magnetic field lines, creating ripples that rebound back toward Earth known as Alfvén waves.

磁力線が乱れて波紋ができ、それが地球に向かって跳ね返ってくるのがアルヴェーン波です。

And this is where the mystery starts. For the last 40 years, scientists have hypothesized that electrons can accelerate from space to Earth... and they do it by "surfing" on Alfvén waves.

そして、ここからが謎の始まりです。過去40年間、科学者たちは、電子は宇宙から地球まで加速することができると仮定してきました。

Any surfer will tell you that the key to catching a wave is paddling along with it.

サーファーなら誰でも、波に乗るにはパドリングが重要だと言うでしょう。

If you paddle close to the speed of the wave, you'll be picked up and accelerated.

波のスピードに近いパドルをすると、拾われて加速されます。

The energy transfer from the wave to the electron happens through a phenomenon known as Landau damping.

波から電子へのエネルギー移動は、ランダウ減衰と呼ばれる現象で起こります。

But up until this point, scientists have struggled to prove this theory, so they did what scientists do and decided to recreate it in a lab.

しかし、これまで科学者たちはこの理論を証明するのに苦労してきました。そこで彼らは科学者らしく、実験室で再現することにしたのです。

To see if electrons were accelerated by the electric field of an Alfvén wave, the team had to scale the vast distances of space into the confines of a lab.

アルヴェーン波の電場によって電子が加速されるかどうかを確認するために、研究チームは広大な宇宙空間を実験室という狭い空間に縮める必要がありました。

For this, they turned to UCLA's Large Plasma Device.

そこで、UCLAの大型プラズマ装置を利用することにしました。

This nearly 20-meter-long cylindrical chamber creates a field of highly charged particles called plasma.

この20m近い円筒形の部屋は、プラズマと呼ばれる電荷の高い粒子のフィールドを作り出します。

The team also had to develop new instruments and techniques to detect a very small population of electrons moving within a narrow range of velocities.

また、狭い範囲の速度で動く非常に小さな電子の集団を検出するために、新しい装置や技術を開発する必要がありました。

実験はこのように行われました。

The plasma in the chamber forced electrons up and down the magnetic field.

チャンバー内のプラズマによって、電子は磁場の中を上下に移動します。

A specially designed antenna sent Alfvén waves down the chamber.

特別に設計されたアンテナから、アルヴェーン波がチャンバー内を伝わっていきます。

Further down the chamber, the scientists used the two new sensors they created to measure variations in the electric and magnetic field, and the electrons in the plasma.

さらにその奥では、新たに作った2つのセンサーを使って、電場と磁場、そしてプラズマ中の電子の変化を測定しました。

And they were right. The data showed a small population of electrons, like we're talking less than one in a thousand, surfing on epic Alfvén waves.

そして、それは正しかったのです。そのデータは、1000個に1個もないような小さな電子の集団が、壮大なアルヴェーン波に乗ってサーフィンをしていることを示していたのです。

So now that this hypothesis has been proven correct, what's next?

さて、この仮説が正しいことが証明されたところで、次は何をすればいいのでしょうか？

The techniques developed in this study can help scientists better understand other phenomena in space where particles are energized.

この研究で開発された技術は、宇宙で粒子がエネルギーを帯びている他の現象の理解を深めるのに役立ちます。

Like how the sun's corona is heated to a million degrees, how cosmic rays get close to the speed of light, or how radiation belts, like the one near Earth, affect satellites that we depend on for communication and navigation.

例えば、太陽のコロナが100万度まで加熱される様子や、宇宙線が光速に近づく様子、地球近くの放射線帯が通信や航法で頼りにしている人工衛星に与える影響などです。

So next time you take a look at the dancing lights in the sky, remember the four-decade-long mystery, and how solving it will help us better understand the vast universe that surrounds us.

今度、空に舞う光を見るときは、この40年にわたる謎を思い出し、その謎を解くことが、私たちを取り囲む広大な宇宙の理解を深めることにつながるのです。

If you find the magnetic field that helps produce Earth's auroras interesting, you should check out Amanda's video on Mars' magnetic field.

地球のオーロラを作り出すのに役立つ磁場について興味を持たれた方は、火星の磁場についてのアマンダのビデオもご覧ください。

If there's a space breakthrough you'd like to see us cover, let us know in the comments below and as always, thanks for watching Seeker.

もし、あなたが私たちに取り上げてほしいスペースブレイクスルーがあれば、下のコメント欄で教えてください！いつもシーカーをご覧いただきありがとうございます。