金泽大学理工研究域电子信息通信学系副教授尾崎光纪、教授八木谷聪、名古屋大学宇宙地球环境研究所教授盐川和夫、副教授大冢雄一、国立极地研究所副教授片冈龙峰、宇宙航空研究开发机构主任研究开发员中平聪志、美国NASA兰利研究中心、美国约翰霍普金斯大学应用物理研究所、加拿大阿萨巴斯卡大学、加拿大阿尔伯塔大学组成的国际联合研究团队，运用卫星遥感和地面波观测发现，伴随着被称为“孤立质子极光”的特殊极光的出现，在高度为50-80km的中间层内，纬度方向的空间尺度400km以下的局部区域内臭氧量极端减少。
图1 孤立质子极光正下方的中间层臭氧影响调查概念图（供图：金泽大学）
地球大气中不仅有来自太阳的辐射，还有来自银河宇宙射线和高能等离子体（离子和电子）的辐射，它们使大气电离生成氮氧化物（NOx）和氢氧化物（HOx），被认为是引起臭氧变化的主要因素。但是，高能等离子体会对地球大气层在何时、何地、造成多大影响，目前还无法进行定量评价。原因在于高能等离子体不是一种肉眼直接可见的现象。
对此，研究团队为了明确辐射带电子沉降对大气变化的影响，研究了孤立质子极光正下方中间层臭氧的影响。为调查辐射带电子的大气沉降从什么时候开始、沉降到哪里，必须对电磁波、极光和辐射带电子分别进行测量，并结合其正下方的臭氧变化，进行综合观测。观测结果表明，伴随孤立质子极光的发生1个半小时后，孤立质子极光正下方的中间层臭氧减少了10-60%。这个减少率超出了模拟研究的预想。
尾崎副教授表示：“利用卫星观测极光，虽然能够确定辐射带电子的位置，但卫星不经过的区域的情况无法得知。而电磁波依赖于传播的环境，每个频率都伴随着不同的衰减和反射。今后希望通过从地面观测宽频带的电磁波，推动开发出不受昼夜和场所限制的对辐射带电子沉降进行定位的地面遥感技术，加深对地球大气环境变化的理解。”
【词注】
■孤立质子极光：在1Hz以下的特殊频率下产生的电磁波引起等离子振动，使孤立质子极光发光的质子和辐射带电子沉降到地球。极光通常是围绕地磁纬度在65-75°附近的北极、南极，呈现出带状，而孤立阳子极光则出现在纬度稍低处，为孤立的点状、带状极光。
原文：《科学新闻》
翻译：JST客观日本编辑部
【论文信息】
杂志：Scientific Reports
论文：Localized mesospheric ozone destruction corresponding to isolated proton aurora coming from Earth’s radiation belt
DOI：10.1038/s41598-022-20548-2
