概要

木星の極域でみられるメタンガスの加熱が、太陽の高エネルギー活動によって吹き出す太陽風の影響を受けることが明らかになりました。メタンが存在するようなより深い大気中で起きる有機化学反応や加熱が、宇宙空間から降り注ぐ高エネルギー粒子の影響を直接受けることになります。このことは、より激しい太陽活動にさらされた初期の地球や、他の恒星を巡る系外惑星で起こりうる現象の解明につながるものです。この成果は、2017年1・2・5月にNASAジェット推進研究所・東北大学等の国際チームが行った国立天文台すばる望遠鏡観測によるもので、NASAの木星探査機Junoを支える国際連携活動の一環として行われました。

詳細な説明

NASA ジェット推進研究所、東北大学、国立天文台、情報通信研究機構などの研究チームは、ハワイ・マウナケアにある国立天文台・すばる望遠鏡の中間赤外線カメラ COMICS による観測で、太陽風で駆動される高エネルギー現象「オーロラ」が、従来考えられていたよりも深い部分まで木星大気を加熱することを明らかにしました。

2017年1月、2月、5月に行われた観測で撮影された中間赤外線画像は、木星の極域に現れるメタンガスの発光域「ホットスポット」とその変動を捉えました。これは、木星大気中で炭化水素の化学反応が起き、また大気温度が変動したことを示します。

地球では、太陽コロナが惑星間空間へと吹き出す「太陽風」が地球を取り囲む磁気圏を揺らすことでオーロラが起こります。磁気圏から極域へと振りそそぐ高エネルギー粒子は、高度約100km以上の希薄な大気にぶつかってこれを加熱し、またオーロラを発光させます。木星でも同様のことが起こりますが、今回のすばる望遠鏡観測は、メタンガスのあるより深い成層圏にも太陽風の影響が直接及ぶことを明らかにしました。また、情報通信研究機構の垰千尋研究員による木星での太陽風変動の推定結果との比較で、太陽風強度が増大してから１日以内にこの影響が及ぶことも明らかになりました。

「木星の成層圏の温度と太陽風の変動を、初めて関連付けることができました。反応はこれまで想定されていたよりも早く、驚くべき結果です」と述べるのは、国際研究チームを主導するGlenn Orton上級研究員（NASA ジェット推進研究所）です。観測データからこの結果を導いたJames Sinclair研究員 (NASA ジェット推進研究所)は、「この成果は、太陽の高エネルギー活動が惑星環境に直接影響を与える『宇宙天気』現象の極端な一例となりました。太陽風は、はるか上層の電離大気だけではなく、より下層の大気にも直接影響を与えうるのです。」と、この意義を強調します。

Glenn研究員とともに「すばる望遠鏡・木星観測プログラム」の研究代表者である笠羽康正教授 (東北大学 惑星プラズマ・大気研究センター)は、「この成果は、太陽活動によって宇宙空間から降り注ぐ高エネルギー粒子が、木星大気の加熱や化学反応を引き起こすことを明確に示しました。このような現象は、強い太陽・恒星活動にさらされる過酷な環境を持つ惑星、例えば若かりし頃の地球や、他の恒星を巡る系外惑星の大気中で起きえる複雑な有機化学反応について、手がかりを与えてくれるものでもあります。」と、さらなる展開に期待を語っています。

研究チームの藤吉拓哉さん (国立天文台ハワイ観測所) は、「すばる望遠鏡による今回の観測は、米国 NASA の木星探査機『ジュノー(Juno)』を地球から支援する国際協調観測キャンペーンの一環でした。この協調観測により、さらなる成果がもたらされることが楽しみです。」と語ります。

東北大学惑星プラズマ・大気研究センターは、宮城県・福島県・ハワイに置いた独自の電波・光赤外線望遠鏡群、および宇宙航空研究開発機構（JAXA）・東京大等と打ち上げた紫外線宇宙望遠鏡「ひさき」によって、国際的な木星観測の一翼を担っております。本成果は、それに連なるものです。

参考図

図：すばる望遠鏡中間赤外線カメラCOMICSが捉えた木星。色は、木星成層圏にあるメタンの発光強度を示す。明るい部分が木星の北極域と南極域にみられるが、この領域に磁場を介して入ってくる太陽風の影響で加熱を受けていることを示している。
（撮影：2017/1/12。提供：国立天文台・NASAジェット推進研究所）

図：すばる望遠鏡中間赤外線カメラCOMICSが捉えた木星の2017年1月11-12日における変動。色は、木星成層圏にあるメタンの発光強度を示す。明るい部分が木星の北極域と南極域にみられるが、この領域に磁場を介して入ってくる太陽風の影響で加熱を受けていることを示している。一日程度で大きく変動していることが見受けられる。
（撮影：2017/1/11-12。提供：国立天文台・NASAジェット推進研究所）

関連発表

NASAジェット推進研究所　https://www.jpl.nasa.gov/news/news.php?release=2019-059
国立天文台　https://www.subarutelescope.org/Pressrelease/2019/04/09/j_index.html
情報通信研究機構 https://www.nict.go.jp/info/topics/2019/04/12-1.html

論文情報

雑誌名：Nature Astronomy
論文タイトル：A brightening of Jupiter's auroral 7.8-micron CH4 emission during a solar-wind compression
著者：J. A. Sinclair, G. S. Orton, J. Fernandes, Y. Kasaba, T. M. Sato, T. Fujiyoshi, C. Tao, M. F. Vogt, D. Grodent, B. Bonfond, J. I. Moses, T. K. Greathouse, W. Dunn, R. S. Giles, F. Tabataba-Vakili, L. N. Fletcher & P. G. J. Irwin
DOI番号： doi:10.1038/s41550-019-0743-x
URL：https://www.nature.com/articles/s41550-019-0743-x

問い合わせ先

東北大学大学院理学研究科
惑星プラズマ・大気研究センター 教授・センター長
笠羽 康正（かさば　やすまさ）
電話：022-795-6738
E-mail： kasaba[at]pparc.gp.tohoku.ac.jp

Posted on：2019年4月10日