金澤大學理工研究域電子資訊通訊學系副教授尾崎光紀、教授八木谷聰、名古屋大學宇宙地球環境研究所教授鹽川和夫、副教授大冢雄一、國立極地研究所副教授片岡龍峯、宇宙航空研究開發機構主任研究開發員中平聰志、美國NASA蘭利研究中心、美國約翰霍普金斯大學應用物理可用能研究所、加拿大阿薩巴斯卡大學、加拿大阿爾伯塔大學組成的國際聯合研究團隊，運用人造衛星遙感和地面波觀測發現，伴隨着被稱爲「孤立質子極光」的特殊極光的出現，在高度爲50-80km的中氣層内，緯度方向的空間尺度400km以下的局部區域内臭氧量極端減量。
圖1 孤立質子極光正下方的中氣層臭氧影響調查概念圖（供圖：金澤大學）
地球大氣中不僅有來自太陽的輻射，還有來自銀河宇宙射線和高能電漿（離子和電子）的輻射，它們使大氣電離生成氮氧化物（NOx）和氫氧化物（HOx），被認爲是引起臭氧變化的主要因素。但是，高能電漿會對地球大氣層在何時、何地、造成多大影響，目前還無法進行定量評價。終極因數在於高能電漿不是一種肉眼直接可見的現象。
對此，研究團隊爲了明確輻射帶電子沉降對大氣變化的影響，研究了孤立質子極光正下方中氣層臭氧的影響。爲調查輻射帶電子的大氣沉降從什麼時候開始、沉降到哪裏，必須對電磁波、極光和輻射帶電子分別進行測量，並結合其正下方的臭氧變化，進行綜合觀測。觀測結果表明，伴隨孤立質子極光的發生1個半小時後，孤立質子極光正下方的中氣層臭氧減量了10-60%。這個減量率超出了模擬研究法的預想。
尾崎副教授表示：「利用人造衛星觀測極光，雖然能夠確定輻射帶電子的位置，但人造衛星不經過的區域的情況無法得知。而電磁波依賴於傳播的環境，每個頻率都伴隨着不同的衰減和反射。今後希望透過從地面觀測寬頻帶的電磁波，推動開發出不受晝夜和場所侷限的對輻射帶電子沉降進行定位的地面遙感技術，加深對地球大氣環境變化的理解。」
【詞注】
■孤立質子極光：在1Hz以下的特殊頻率下產生的電磁波引起電漿振動，使孤立質子極光發光的質子和輻射帶電子沉降到地球。極光通常是圍繞地磁緯度在65-75°附近的北極、南極，呈現出帶狀，而孤立陽子極光則出現在緯度稍低處，爲孤立的點狀、帶狀極光。
原文：《科學新聞》
翻譯：JST客觀日本編輯部
【論文資訊】
雜誌：Scientific Reports
論文：Localized mesospheric ozone destruction corresponding to isolated proton aurora coming from Earth’s radiation belt
DOI：10.1038/s41598-022-20548-2
