地球と太陽。オーロラと磁力線のビリヤード。琴とHAARPと弁財天マリアと朱雀。

日本の観測史[編集]

見られる機会が非常に少ない現象ではあるが、日本語では古来「赤気（せっき）」という名前がついていた[177][23]。「紅気（せっけ）」という記述もある[11][178]。最古の記述は日本書紀まで遡り、推古天皇の統治時代である620年12月30日には[11]、「天に赤気があり、その形は雉の尾に似ていた。長さは一丈（約3.8メートル）あまりであった[† 10]。」という記録が残されている[180]。藤原定家の明月記でも、1204年2月21日に「北の空から赤気が迫ってきた。その中に白い箇所が5個ほどあり、筋も見られる。恐ろしいことだ。」と、オーロラのことだと推定される記録が残されている[181][180]。さらに1770年9月17日に出現したオーロラは、およそ40種の文献に登場しており、肥前国（長崎県・佐賀県）でも観測されたという記録が残っている[181][177]。

日本では明治期から「赤気」という言葉ではなく、「極光」や「オーロラ」が使われるようになった[168]。白瀬矗は1912年3月に南極から帰る際に現れたオーロラをスケッチし、報告書『南極』に残している[182]。日本社会へは1934年に開始された南極海での捕鯨により、オーロラが少しずつ紹介され始めた[1]。
1958年2月11日には天候に恵まれたこともあって、北陸から関東ににかけて赤い、一部では脈動や黄色も見られるオーロラが出現した[158][168][177][181]。ちょうど国際地球観測年に当たる1957年から気象庁は各地の測候所へオーロラ観測を命令していたため、この日は長野県・東北地方・北海道などでも観測された[158][168]。オーロラが出現した日は世界中で電波障害が起き、ヨーロッパでもオーロラが見られた[168]。1989年にも北海道や東北地方などで肉眼で見えるオーロラが出現した[169]。2000年4月7日には、北海道陸別町で4.2kR(レイリー)のオーロラが観測された[183]。

磁力線の再結合[編集]

地球の地磁気は、北極がS極、南極がN極になっているため、磁力線は南から北へと向かっている[192]。そのため太陽風の磁場が南向きの時は、太陽風の磁力線と地球の磁力線が再結合（磁気リコネクション）し、プラズマは磁気圏の中へ磁力線をたどって侵入できるようになる[192][193]。つまり、太陽からやってくる磁場が南向きの時は爆発的なオーロラが発達しやすく、逆に北向きの時は静かなオーロラが出やすいのである[110]。ただし1980年代には、より多くのプラズマで地球の磁気圏の中が満たされるのは、太陽風の向きが北向きの時である、ということが判明した[194]。その原因は、地球磁気圏と太陽風の間ではケルビン・ヘルムホルツ不安定性によって渦が発生していることから、この渦によりプラズマが地球磁気圏へ混ぜ込まれるのではないかという説がある[195][196]。太陽風が速いと、地球の磁気圏がより引き伸ばされ、夜側（太陽の反対側）でも磁気リコネクションがおきることがある[192]。
磁力線はリコネクションによりV字型になると、丁度パチンコのゴムひものように急激に縮み、周りにくっついていたプラズマをパチンコ弾のようにとばす性質がある[197][198]。磁気リコネクションによってプラズマ粒子が磁力線をなぞるように両極へなだれ込み、オーロラが出るのである[192][199]。リコネクションとオーロラの因果関係は未だ認められていないものの[200]、相関関係は認められており[201]、プラズマの加速理由を磁気リコネクションに求める説は、数十年来続くオーロラ発生機構の議論の中では最も有力な説である[75]。

2012年現在では、オーロラの発生原理は以下のように考えられている。

発光の原理だけならば、オーロラは蛍光灯やネオンサインと同じである[72]。プラズマシートが地球の夜側に形成されるため、オーロラは基本的に夜間にのみ出現するものである。しかし昼間にもわずかながら出現することがある[73]。

どのようにして太陽風が地球の磁力圏に入り込むのか、なぜプラズマは特定の部分にたまるのか、何がきっかけで加速されるのかなど、発生原理の肝要な部分については未だ統一した見解はない[74]。最も有力な説は、入り込む理由や加速される理由を、地球の磁力線が反対向きの磁力線とくっつくこと（磁気リコネクション）に求める説である[75]。

オーロラが突如として一気に広がる現象をブレイクアップという[76]。日本語ではオーロラ爆発とも訳される[77]。空から突然光が噴出し全天に広がり、色や形の変化が数分間続く。このブレイクアップに関しても、発生原因や発生過程などはあまり分かっていない[78]。