地球磁気圏は地球に生きるすべての生命にとって大切なものです。宇宙からは太陽風や宇宙線として、放射線、微粒子などが地球に向かって飛んできています。これらは私たち生命にとって有害なものであるだけでなく、電気や通信機器にも多大な被害を与えます。しかし、地球磁気圏という磁場のバリアがあるおかげで、地球は守られているのです。

地球は磁場を持つ惑星です。コンパスをかざすと北がN極、南がS極を指すことから、地球は北がS極、南がN極となる大きな一つの磁石と考えることが出来ます。そして、この磁力が発する幾筋もの磁力線が、地球をぐるっと取り囲んでいるのです。 磁力線は綺麗に対極の形として、まるで地球の中に１本の棒磁石があるように広がりますが、実際はこのような形をしていません。 磁力線は太陽から絶えず吹き続ける太陽風により吹き流され、太陽とは反対側の地球の夜側に、まるで彗星の尾のように伸びているのです。このように磁気圏の流されている部分は「磁気圏尾部」と呼ばれます。この尾のように伸びた長さは、地球の半径の100倍から200倍である約60万kmから約120万kmにも達しています。

地球磁気圏が太陽風の防護壁として存在するのであれば、オーロラの素であるプラズマはどのように地球に侵入してくるのでしょうか。地球磁気圏の太陽側（昼側）は、太陽風によって押しつぶされているため、磁場の密度は高くなります。一方、反対側（夜側）は尾のように流されることで不安定になり、密度は薄くなっていきます。太陽風として地球磁気圏に衝突したプラズマ粒子は、磁力線に沿うように夜側へと流されていきますが、プラズマの一部はこの地球の磁力線の変形により磁場が弱くなった夜側から侵入し、一箇所に溜まっていきます。このプラズマ粒子の溜る場所を「プラズマシート」と呼びます。プラズマシートに溜まった膨大なプラズマ粒子は磁力線に沿って加速し、地球の極地へと流れていきます。そして、このプラズマ粒子が地球の大気と衝突することで、オーロラの輪であるオーロラオーバルが作られるのです。

なぜプラズマは特定の部分に溜まるのか、そして、何がきっかけで地球の極地へと運ばれるのかなど、その発生の仕組みは、まだ正確に解明はされていません。しかし、磁気圏尾部のプラズマシートで起こる「磁気リコネクション」という爆発的なエネルギー開放現象に起因することは分かっています。

プラズマシートに溜まったプラズマ粒子は、磁気リコネクションという磁力線の再結合現象により一気に加速し、地球へと膨大な質量を運び込みます。太陽風により地球の夜側方向へと流された磁力線は、地球から離れるほど不安定な状態になっていきます。そして、この引き伸ばされた磁力線の尾は限界に達すると弾けるように千切れ、すぐに安定した状態に戻ろうとします。この時、千切れた磁力線が再結合しあう現象が「磁気リコネクション」です。

磁気リコネクションの起こる場所とタイミングは太陽風の活動量に影響を受けて変化し、その距離は地球の半径の20倍から30倍ほどの場所で起こります。地球から遠くに離れていった磁力線は、やがてプラズマシートのある磁気圏尾部で交差し合い、磁力線のつなぎ変えが起こります。このつなぎ変えにより磁力線は一気に縮んでプラズマが加熱され、分割されたプラズマシートは高温、高速のプラズマの塊（プラズマモイド）となり、一気に放出されることになります。二つに分かれたプラズマの塊のうち、地球側に高速で向かってくるプラズマ粒子が磁力線に沿って極地へと流れ込み、地球の夜側にオーロラを発生させるのです。