トンガ火山噴火によるペケリス波が引き起こした電離圏共鳴～電波時計の電波観測でペケリス波による下部電離圏変動を世界初検出～

　　千葉大学大学院工学研究院の大矢浩代助教、環境リモートセンシング研究センターの高村民雄名誉教授、東北大学大学院理学研究科の土屋史紀教授、北海道大学大学院理学研究院の高橋幸弘教授、九州大学国際宇宙惑星環境研究センターの品川裕之学術研究者らの研究チームは、2022年1月15日に発生したフンガ・トンガ＝フンガ・ハアパイ火山の大規模噴火が、下部電離圏^注1）に与えた影響を調査しました。火山噴火が電離圏に及ぼす影響を理解することで、無線通信の障害やGPS測位の誤差等の予測向上が期待できます。下部電離圏で反射する性質を持つ電波時計に使用されている電波を台湾で受信し、解析した結果、下部電離圏の高度（プラズマ密度）が、ペケリス波^注２）による音波共鳴^注３）効果により、変動していたことが初めて明らかになりました（図1）。また、この電離圏の変動がグローバル・サーキット^注4）を介して地表の大気電場変動を引き起こしていたことも示唆しました。

これらの結果は、大気圏と電離圏との結合の解明のみならず、ペケリス波の特性解明にもつながることが期待されます。電離圏は長距離無線通信において重要な役割を果たしており、ペケリス波の特性を理解することで、電離圏の特性や変動を把握し、無線通信の品質や信頼性を向上させることが可能となります。

本研究成果は、2024年7月16日に国際学術誌Scientific Reportsで公開されました。

注1）下部電離圏：地球の大気中の分子や原子が、紫外線やX線などにより電離した、高度約60～100 km の領域。この領域はプラズマが非常に希薄で通常の電離圏観測手法を使用できず、未解明な点が数多くある。

注2）ペケリス波：1937年にペケリス博士が理論的に提唱した地球大気の固有の共鳴振動による波であり、過去85年間にわたり観測されていなかった特殊な波動。高度約30kmで位相が反転する特徴がある。

注3）音波共鳴：音波が地表と高度100 km付近の下部熱圏との間で共鳴現象を起こすことを指す。音波が特定の周波数で大気圏の空気の固有振動数と一致すると、波が増幅される現象である。

注4）グローバル・サーキット：地表と下部電離圏間に存在する地球規模の電気回路で、雷・雷雲・降水等がその電源である。