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中間圏（/ ˈmɛsəsfɪər , ˈmɛz- , ˈmiːsə- , -zə- / ; [ 1 ]古代ギリシャ語のμέσος （mésos）「中間」と-sphereに由来）は、成層圏のすぐ上、熱圏のすぐ下にある大気の第3層です。中間圏では、高度が上がるにつれて温度が低下します。この特性 は境界を定義するために使用され、成層圏の最上部（成層圏界面と呼ばれることもあります）から始まり、地球の大気の中で最も寒い部分である中間圏界面で終わります。中間圏界面の温度は-143 °C（-225 °F; 130K ）以下です。中間圏の正確な上端と下端は緯度と季節によって変化しますが（冬と熱帯では高く、夏と極地では低くなります）、下端は通常、海抜47 ～ 51 km (29 ～ 32 mi; 154,000 ～ 167,000 ft)の高度にあり、上端 (中間圏界面) は通常85 ～ 100 km (53 ～ 62 mi; 279,000 ～ 328,000 ft)にあります。[ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ]
成層圏と中間圏はまとめて「中間大気」と呼ばれることもあり、[ 6 ]地球表面から約12 ～ 80 km (7.5 ～ 49.7マイル)の高度に広がっています。中間圏界面は、高度80 ～ 90 km (50 ～ 56マイル)にあり、中間圏を熱圏(地球大気の 2 番目に外側の層) から隔てています。地球上では、中間圏界面は乱流界面とほぼ一致しており、その下では乱流渦によってさまざまな化学種がよく混合されています。このレベルより上では、さまざまな化学種のスケール ハイトが分子量に応じて異なるため、大気は不均一になります。
近宇宙という用語は、中間圏内の高度を指す場合にも使用されることがあります。この用語には技術的な定義はありませんが、一般的には、アームストロング限界（約62,000フィートまたは19km、この高度以上では人間は生存するために与圧服が必要）とカーマン線（飛行を実現するために空気力学から宇宙力学が優先される高度）の間の領域を指します。あるいは、別の定義では、民間旅客機が飛行する最高高度（約40,000フィート（12.2km））と、地球を周回できる衛星の最低近地点（約45マイル（73km））の間の空間を指します。一部の資料では、「近宇宙」と「上層大気」という用語を区別しており、カーマン線に最も近い層のみが「近宇宙」と表現されています。
中間圏では、高度が上がるにつれて温度が低下します。これは、高度が上がるにつれて相対オゾン濃度が減少する希薄な大気による太陽放射の吸収が減少するためです（オゾンは熱圏による吸収を免れた紫外線波長での主な吸収体です）。[ 7 ]さらに、これはCO2の放射放出による冷却の増加の結果でもあります。中間圏の最上部は中間圏界面と呼ばれ、地球の大気の中で最も寒い部分です。[ 8 ]中間圏上部の温度は、緯度や季節によって変化し、約-100 °C (173 K; -148 °F)まで下がります。[ 9 ]
この領域における最も重要な特徴は、強い東西方向の風、大気潮汐、大気内部の重力波（一般に「重力波」と呼ばれる）、そして惑星波である。これらの潮汐と波のほとんどは対流圏と下部成層圏で発生し、中間圏へと伝播する。中間圏では、重力波の振幅が非常に大きくなるため、波が不安定になり消散する。この消散によって中間圏に運動量が蓄積され、地球規模の大気循環を大きく促進する。
夜光雲は中間圏に位置します。中間圏上部は、電離層のD層と呼ばれる領域でもあり、ライマン系列α水素放射線によって一酸化窒素が電離される日中にのみ存在します。電離は非常に弱いため、夜になり電離源がなくなると、自由電子とイオンは再び中性分子に戻ります。
80～105 km (50～65 mi; 262,000～344,000 ft)の間には、深さ5 km (3.1 mi; 16,000 ft)のナトリウム層が存在する。結合していない非イオン化ナトリウム原子からなるナトリウム層は、弱い放射を発して大気光に寄与する。ナトリウムの平均濃度は 400,000 原子/立方センチメートルである。この層は、飛来する流星から昇華したナトリウムによって定期的に補充される。天文学者は、地上観測で超高精細な画像を得るために用いられる適応光学補正プロセスの一部として、「ガイドスター」を作成するために、このナトリウム層を利用し始めている。 [ 10 ]鉄やカリウムなどの他の金属層も、上部中間圏/下部熱圏領域に存在する。
2018 年 10 月以降、中間圏で発生する独特なタイプのオーロラが確認されています。砂浜の波紋に似ていることから「砂丘」と呼ばれることが多いこの緑色の波打つ光は、赤道に向かって広がっています。地表から約96 km (60マイル、315,000フィート)上空で発生していることが確認されています。オーロラは超高速の太陽粒子が大気分子と相互作用することによって発生するため、これらの砂丘の緑色は、太陽粒子と酸素分子との相互作用によって暫定的に説明されています。したがって、砂丘は中間圏の酸素濃度が高い場所で発生します。[ 11 ]
数百万個の流星が地球の大気圏に突入し、その量は年間平均4万トンに達する。[ 12 ]流星煙と呼ばれる蒸発物質は、夜光雲の凝結核として機能すると考えられている。
中間圏は航空機の高度記録よりも高い位置にありますが、[ 13 ]気球で到達できるのは最も低い数キロメートルだけで、その高度記録は53.0 キロメートル (32.9マイル)です。[ 14 ]一方、中間圏は高い大気抵抗のため、軌道宇宙船の最低高度よりも低い位置にあります。 [ 15 ] [ 16 ] [ 17 ]中間圏には、観測ロケットを使用してのみアクセスでき、観測ロケットはミッションごとに数分間しか中間圏の測定を行うことができません。[ 18 ]その結果、中間圏は最も理解されていない大気の部分であり、ユーモラスなニックネームであるignorosphereが付けられています。[ 19 ] [ 20 ]この理解が不十分な層における赤いスプライトと青いジェット(下部中間圏内の放電または雷)、夜光雲、密度シアの存在は、現在の科学的関心の対象となっています。
2003年2月1日、スペースシャトル・コロンビア号は高度約62km （39マイル）の中間圏下部で大気圏再突入時に分解し、乗員7名全員が死亡した。
2025年、科学者たちは、中間圏の持続的な探査のために、光泳動を利用した太陽光駆動の飛行構造を提案した。これは、大気センシング、通信、火星のような薄い大気を持つ惑星の探査に応用できる可能性がある。[ 21 ]
