宇宙から見た雷：珍しい「ブルージェット」撮影に成功

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上層大気で発生し、20ミリ秒前後と極めて短命な発光現象である「超高層雷放電」を国際宇宙ステーションから撮影する実験が成功した。謎の多かったこの現象の解明につながると期待される。

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2/7宇宙から見たブルージェット現象。PHOTOGRAPH COURTESY OF ESA/NASA

3/71の画像は、撮影した場所の大きさを示している。2から8は、点滅するブルージェットがとらえられている。IMAGE COURTESY OF GEOPHYSICAL RESEARCH LETTERS

4/7モーゲンセンは、写真のような雷雲を撮影するよう指示されていた。PHOTOGRAPH COURTESY OF NASA

5/7撮影された「レッドスプライト」。赤い色は、窒素が反応していると見られている。PHOTOGRAPH COURTESY OF ESA/JASON AHRNS

6/7ISSから2015年8月10日に撮影された、南部メキシコ上空のレッドスプライト。PHOTOGRAPH COURTESY OF NASA

7/7NASAのジョンソン宇宙センターで、カメラの取り扱い訓練を受けるモーゲンセン。PHOTOGRAPH COURTESY OF NASA/DAVID DEHOYOS

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激しい雷雨が起こるときに高さ20km以上の大気高層で発生することがある、謎の強力な放電「超高層雷放電」については、科学者たちもよくわかっていない。雷雲（高度10km以下）の上空で起こる発光現象で、地表から約90〜100kmの高さで発生することもあり、スプライトやピクシー、エルヴズ、ジェットなどの種類が知られている（冒頭の画像）。この現象が地球から初めて撮影されたのは、つい最近の1989年だ。

国際宇宙ステーション（ISS）は、高度約400kmと、この現象の観察に最適な位置にある。そこでデンマークの研究者たちは、この現象を調査するための「トール実験」を考案した。トールとは、北欧神話に登場する、槌を振り上げた姿で描かれる雷神の名前だ。

実験のひとつは、宇宙ステーションに滞在中の宇宙飛行士が、特定条件下にある地上の雷雨を撮影。同時にその観測結果を、人工衛星や、地上に設置されたレーダーと雷検出システムで収集したデータに関連づけるというものだ。

時速2万8,000kmというISSの速度と、すぐに消えてしまうこれらの現象の性質を考えると、この実験は実際にはかなり難しい。スプライトやピクシーなど、空想的存在である妖精の名前が付けられているのも、まさにこれらの現象が非常に短命で、20ミリ秒前後で消えてしまうからだ。

2015年9月に欧州宇宙機関（ESA）と当時のロシア連邦宇宙局（通称ロスコスモス）がISSに送り込んだ短期滞在クルーのひとり、デンマーク人宇宙飛行士のアンドレアス・モーゲンセンはISSに10日間滞在したが、課された主な作業のひとつが、このトール実験を完了させることだった。

モーゲンセンはISSの観測用モジュール「キューポラ」（日本語版記事）に陣取り、ニコンのデジタル一眼レフカメラ「D4」をISO 6400、24fpsで録画セットして、雷雨が発生すると気象予報士たちが予測した場所を見下ろし、瞬間的な現象を撮影するために待機した。

ISSがインドとミャンマーの間にあるベンガル湾の上空を通過したときに、モーゲンセンは雷雲を160秒の動画で撮影。そのなかに245個の青い閃光（ブルージェット）が写っていた。ブルージェットは成層圏上部付近で見られる青い閃光で、雷雲から上に伸びるため「上向きの雷」とも呼ばれる。同じころ、インドのマチリーパトナムに設置されたドップラー・レーダーをはじめ、地上各地からこの嵐の追跡が行われた。

この調査では、高度18〜40kmの間で発生した多くの放電と、高いものでは上部成層圏で発生したものが観測され、熱帯地方の雷雨の最上部で発生する電気活動に関する新たな見通しが得られたと、2017年1月9日付けで公開された論文には述べられている。

特にこの放電は、対流圏と成層圏の間における気体の入れ替わりに非常に大きな役割を果たしていると見られている。これまで科学者たちは、スプライトの光が赤いのは窒素が上層大気中の電気と相互に作用するからだと理解していたが、新しいデータをもとに放電を調査したところ、放電からかなり大量の各種の窒素酸化物が上層大気に放出されることがわかったという。

2016年5月に公開された以下の動画（モーゲンセンの講演）では、点滅するブルーライトが動画で紹介されている。

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