地球磁場の勢力圏は遠く宇宙空間にまで広がっており、これを「磁気圏」と呼んでいる。磁気圏は、太陽から流れてくる電子や陽子で構成される電離ガス（太陽風）の侵入を妨げるバリアーの役割を担っている。

その一方で磁気圏は、一部の電子や陽子を取り込み閉じ込める性質を持つ。特にエネルギーの高い電子が閉じ込められた領域を「電子放射線帯」と呼ぶ。閉じ込められている電子は、太陽風の影響で磁気圏が「荒れた」ときに、光速に近いスピードまで加速されることがある。このような電子の数が１日の間で通常時の１０００倍以上も増加することがこれまで頻繁に観測されている。

複数の物理過程が同時に発生することで、電子放射線帯は複雑な変動を見せるが、さまざまな物理過程の一つとして「宇宙のさえずり」が重要な役割を担っていることが分かってきた。これは磁気圏内で発生する数キロヘルツ程度の電磁波のことであり、この電磁波の信号をスピーカーへつなげると、ちょうど小鳥がさえずっているように聞こえることから、このように呼ばれている。

このような電磁波が電子の動きに作用することによって、電子が急激に加速され、高いエネルギーを得ることが研究で明らかになってきた。高いエネルギーを得た電子は、人工衛星のような宇宙インフラの構体を貫通して内部回路に侵入し、帯電に伴う放電によって機能障害を引き起こすことが懸念されている。

情報通信研究機構（ＮＩＣＴ）宇宙環境研究室では、地球磁気圏の状況で大きく変動する電子放射線帯の構造や電子の流れの量を予測するため、電子放射線帯変動予測モデルの開発を進めている。「宇宙のさえずり」を含めたさまざまな物理機構をシミュレーション空間に再現し、この中での電子の動きを一つひとつ追跡することで地球磁気圏全体での高エネルギー電子の流れを推定する。

電子放射線帯変動を的確に予測することで、今後の宇宙開発や利用の中でますます増加する宇宙インフラの安心・安全運用に貢献していきたい。

電磁波研究所　電磁波伝搬研究センター・宇宙環境研究室　研究員　齊藤慎司
２００６年富山大学大学院博士課程修了。米ロスアラモス国立研究所や名古屋大学などでの研究活動を経て１９年より現職。荷電粒子の運動理論を基にした地球放射線帯の変動予測に関わる研究に従事。博士（工学）。