美しいオーロラと木星の磁場、そこには何か関係があるのでしょうか？

科学者の新しい研究は、オーロラが木星の「エネルギー危機」を引き起こしていることを発見した

科学者たちは、木星の謎の熱の原因はオーロラである可能性があると考えている（クレジット：J. オドノヒュー（JAXA）/ハッブル/NASA/ESA/A. サイモン/J. シュミット）

新たな観測結果によると、50年間天文学者を悩ませてきた木星の謎の「エネルギー危機」は、木星のオーロラによって引き起こされている可能性があるという。

太陽から非常に遠いにもかかわらず、太陽系最大の惑星は異常な暑さでよく知られています。木星は 5 天文単位、つまり 5 地球太陽間距離 (AU) 離れています (1 AU は数百万マイル (1 億 5000 万キロメートル))。

ここには太陽光がほとんど届かないので、木星の上層大気は非常に寒いはずです。 NASAの声明によると、科学者らは木星の大気の温度は約華氏マイナス100度（摂氏マイナス73度）であると推定している。しかし現実には、木星の上層大気の平均気温は、灼熱の華氏800度（摂氏426度）で、地獄のような惑星である金星の表面とほぼ同じくらいの暑さです。

画像: NASA のジュノー ミッション

数十年にわたり、科学者たちは木星のいわゆる「エネルギー危機」の原因について議論してきた。現在、新たな研究により、強力な磁場によって引き起こされる惑星の強力なオーロラが、惑星の温度を急上昇させることが判明した。

オーロラは太陽系ではよく見られ、地球や木星など磁場の強い惑星で発生します。 （火星と金星にもオーロラはありますが、これらの惑星ではその地域の磁気状態が不安定なため、光の働きが異なります。）

木星や地球のように磁場が強い場所では、荷電粒子が磁場に捕らえられ、極に向かって螺旋状に落ちていくときにオーロラが発生します。これらの粒子は極に向かう途中で大気中の原子や分子に衝突し、光を発生させます。

木星のオーロラ加熱の理論は、NASA のジュノー宇宙船による新たな観測結果から一部導き出されたものである。ジュノーは現在、木星を間近で観察するために、強力な放射線場に出入りしている。ジュノーが木星に非常に接近したことにより、科学者は木星の大気の加熱を前例のないほど詳細に追跡することができた。

「海岸に例えると、熱圏が水なら、ジュノーが測った磁場は海岸線、オーロラは海だ」と主執筆者のジェームズ・オドノヒュー氏はケック天文台の声明で述べた。 「私たちは海から水が流れ出て陸地を浸水させたことを発見しました。ジュノーのおかげで海岸線がどこにあったかがわかり、洪水の規模を理解することができました。」

研究チームは、宇宙航空研究開発機構（JAXA）が開発した惑星分光観測衛星「ひさき」と「ジュノー」の観測データを利用しました。どちらの衛星も木星の磁場を追跡します。彼らはまた、高解像度の温度マップを提供するケックII望遠鏡のデータも使用しました。こうした観測を組み合わせることで、科学者たちはオーロラが木星の赤道に向かって熱波を放出する様子を観察することができた。 2013年から現在までのひさき衛星による長期観測は、太陽から発生する粒子の一定の流れである太陽風の重要性も示しており、太陽風は独自の磁場をもたらし、観測されるオーロラを増強する可能性が高い。

「この潜在的な冷却現象を捉えることができて、私たちは非常に幸運だ」と、JAXAの惑星宇宙科学者オドノヒュー氏は語った。 「もし太陽風の圧力が高くない夜に木星を観測していたら、見逃していただろう。」

ケック望遠鏡は近赤外線分光計を使用して、2016年4月と2017年1月の2回の観測期間中に木星が惑星の極から赤道に移動する間の木星の熱を調査しました。ケックII望遠鏡はまた、より多くの温度測定を行い、確実性が高いものだけを含めることで解像度を向上させました。この作業には何年もかかりましたが、その結果、10,000 個もの個別のデータ ポイントを含む温度マップが作成され、解像度の点で以前の取り組みよりも大幅に改善されました。

しかし、高解像度の地図は、未解決のもう一つの気温の謎も明らかにしています。

「我々はまた、オーロラから遠く離れた場所で、これまで見たことのないような長い帯状の領域という、奇妙な局所的な加熱領域を発見した」と、レスター大学の論文共著者で、ケック宇宙望遠鏡の声明の中で述べた。

木星の磁場は地球の磁場よりもはるかに強い。木星付近の火山衛星IOは火山噴火を通じて大量の物質を木星に運び、多くの粒子が木星の大気圏に入りました。木星の巨大な大きさと激しい嵐も、オーロラからの限られた熱が惑星の周りを循環する方法に影響を与えています。

オーロラ加熱効果は新しい理論ではないが、科学者たちは今になってようやくその仮説を証明できた。

これまで、木星の上層大気を調査するモデルでは、オーロラの風は赤道に向かって吹かないだろうと推測されていた。むしろ、この理論は、オーロラの風が木星の急速な自転によって西に押しやられていることを示唆している。木星が一回転するのにかかる時間はわずか 10 時間です。木星は巨大ガス惑星であるため、緯度によって回転時間はわずかに異なります。新たな観測結果はこれまでの考えを否定し、オーロラから熱を運び去る西向きのオーロラ風は赤道風よりも弱い可能性があることを示唆している。

著者: エリザベス・ハウエル

年度: TMON

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