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電子降下（高エネルギー電子降下またはEEPとも呼ばれる）は、以前に捕捉されていた電子が地球の大気圏に突入したときに発生する大気現象であり、通信障害やその他の障害を引き起こします。[ 1 ]地球の磁場に捕捉された電子は、磁力線に沿って螺旋状に回転し、ヴァン・アレン放射線帯を形成します。これらの電子は太陽風から来ており、地球上空に無期限に（場合によっては数年）捕捉されたままになることがあります。広帯域超低周波（VLF）波が放射線帯を伝播すると、電子は放射線帯から出て、電離層（地球の大気圏の領域）に「降下」（または移動）し、そこで電子はイオンと衝突します。[ 2 ]電子降下は、オゾン層破壊と密接に関連しています。多くの場合、落雷によって引き起こされます。
電子のジャイロ周波数は、磁力線の周りを回転する回数です。[ 1 ]雷や強力な送信機によって発生した、磁気圏を通過するVLF波は、放射線帯を通過します。これらのVLF波が電子のジャイロ周波数と同じ周波数で電子に当たると、電子は放射線帯から出て、地球の大気圏と電離層全体に「降下」（放射線帯に再突入できないため）します。[ 2 ]
電子が降下すると、上層大気に導かれ、そこで中性粒子と衝突してエネルギーを失うことが多い。[ 3 ]電子が上層大気を通過すると、電離層へと進む。降下した電子の集団は、その領域の原子や分子（通常は酸素または窒素をベースとした粒子[ 4 ] ）と衝突することで、電離層の形状や導電率を変化させることがある。[ 5 ]電子が原子と衝突すると、原子から他の電子を剥ぎ取ってイオンを生成する。空気分子との衝突では光子も放出され、かすかな「オーロラ」効果が生じる。[ 4 ]これは非常に高い高度で起こるため、航空機に乗っている人間は放射線の影響を受けない。[ 3 ]
電離層における電子降下によって引き起こされる電離プロセスは、電離層の電気伝導率を増加させ、その結果、電離層の底が低高度になります。[ 5 ]この現象が発生すると、オゾン層の破壊が起こり、特定の通信が途絶える可能性があります。[ 1 ]電離層の高度低下は一時的なものであり（電子降下が安定していない限り）、イオンと電子は急速に反応して中性粒子を形成します。
電子降下は、オゾンの大幅な短期的減少（最大で約90%）につながる可能性があります。しかし、この現象は、長期的なオゾン層破壊にも関連しています。[ 6 ]研究によると、2002年から2012年の間に60件の大規模な電子降下イベントが発生しました。さまざまな測定ツール（下記参照）は、5～90%の範囲で異なるオゾン層破壊の平均値を読み取りました。ただし、一部のツール（特に低い平均値を報告したもの）は、正確な測定値を取得していなかったか、数年間のデータが欠落していました。通常、電子降下によるオゾン層破壊は、冬の季節に多く発生します。2002年から2012年の研究で記録された最大のEEPイベントは、2003年10月に記録されました。このイベントは、最大92%のオゾン層破壊を引き起こしました。これは15日間続き、その数日後にオゾン層は完全に回復しました。 EEPオゾン層破壊研究は、地球環境の安全性[ 7 ]や太陽活動周期の変動[ 6 ]を監視するために重要である。
電子降下は、強力な送信機による通信からのVLF波や雷雨によって引き起こされる可能性がある。[ 1 ]
雷による電子降下（LEPとも呼ばれる）は、雷が地球に落ちたときに発生します。雷が地面に落ちると、電磁パルス（EMP）が放出され、放射線帯に捕捉された電子に衝突することがあります。すると電子は弾き飛ばされ、地球の大気中に「降下」します。[ 1 ]雷によるEMPは非常に強力で、広範囲のスペクトルで発生するため、送信機による降下よりも多くの電子降下を引き起こすことが知られています。
電子降下を引き起こすには、送信機は波長が 10 ～ 100 km の非常に強力な波を発生させる必要があります。[ 3 ]海軍の通信アレイは、水中での通信に強力な波が必要なため、送信機誘発電子降下 (TIPER) を引き起こすことがよくあります。これらの強力な送信機は、ほぼ一日中稼働しています。これらの波は、放射線帯から電子を降下させるのに必要な正確な方向と周波数を持つことがあります。
電子降下現象は、大気への影響を計算するために様々なツールや手法を用いて研究することができます。科学者たちは、多数の異なる測定方法の長所と短所を考慮に入れるために、重ね合わせエポック解析を用います。そして、収集したデータを用いて、EEP現象が発生する時期と、それが大気に及ぼす影響を計算します。
ほとんどの場合、衛星による電子降下量の測定は、実際にはオゾン層破壊の測定であり、その後EEPイベントに関連付けられます。[ 6 ]さまざまな機器は、オゾンレベルの計算にさまざまな方法を使用しています。方法によっては、著しく不正確なデータが得られる場合もありますが、すべてのデータを平均したものは、正確であると広く受け入れられています。
恒星掩蔽による地球オゾンモニタリング（GOMOS）は、欧州衛星Envisatに搭載された測定機器です。恒星掩蔽と呼ばれるプロセスで、周囲の恒星から放出される電磁スペクトルと三角関数計算を組み合わせてオゾン量を測定します。[ 6 ]
SABER（Sounding of the Atmosphere using Broadband Emission Radiometry）は、NASAのTIMED（Thermal Ionosphere Mesosphere Energetics Dynamics）衛星に搭載された測定機器です。[ 8 ]この機器は、赤外線放射計（スペクトル範囲は1.27μmから 17μm ）を通してオゾン（およびその他の大気の状態）を測定します 。
オーラ衛星に搭載されたマイクロ波リムサウンダー（MLS）は、地球の上層大気からのマイクロ波放射を測定する装置です。このデータは、研究者がオゾン層破壊のレベルを35%の精度で特定するのに役立ちます。[ 6 ]
中エネルギー陽子電子検出器（MEPED）は、地球の放射線帯の電子を測定し、電離層に降下する電子の量を推定することができる。[ 6 ]
電離層下検出では、VLF送信機から放射線帯を通って反対側のVLF受信機に信号が送信されます。[ 3 ] VLF信号は一部の電子を降下させ、反対側のVLF受信機に到達する前にVLF信号を乱します。VLF受信機はこれらの乱れを測定し、そのデータを使用して降下した電子の量を推定します。
PIPERは、電離層で電離が発生したときに放出される光子を捉えるために特別に設計されたスタンフォード大学製の光度計です。[ 1 ]研究者はこのデータを使用してEEPイベントを検出し、降下電子の量を測定することができます。
X線装置は、他の装置と組み合わせて電子降下を測定するために使用できます。[ 1 ]電子の衝突時にX線が放出されるため、電離層で発見されたX線はEEPイベントと相関関係があります。
VLFリモートセンシングは、米国海軍からのVLF送信を監視して「トルミイベント」（波の位相と振幅の大きな変化）を検出することにより、電子降下を監視する技術です。[ 1 ]この方法は電子降下を監視することはできますが、その電子の電離を監視することはできません。
アイオワ州立大学のジェームズ・ヴァン・アレンとそのグループは、センサーを搭載した乗り物を使って、ロクーンロケットで大気中に降下する電子フラックスを研究した最初の研究者でした。ロケットは最大50kmの高さまで到達しました 。検出された軟放射線は、後に1957年にヴァン・アレンにちなんで名付けられました。[ 9 ]
電子降下研究の次の進歩は、ミネソタ大学のウィンクラーとそのグループによって行われた。彼らは検出器を大気中に運ぶ気球を使用した。[ 9 ]