1994 年の彗星衝突の余波を利用して、天文学者は初めて木星の成層圏を横切る風を測定しました。チームは、太陽系最大の惑星の中間大気の周りで荒れ狂うこれらの風が信じられないほど強力であることを発見しました。極では毎秒最大 400 メートルの速度に達します。
チームの調査結果は、惑星計測学における重要なブレークスルーを表しており、チームが「太陽系におけるユニークな計測学的獣」と表現しているものとしてガス巨人をマークします。
研究を行うために、天文学者は木星の風を測定するために使用される通常の方法から逸脱しました。ガス巨人の風を測定するこれまでの試みは、惑星の特徴的な赤と白のバンドとして見られる渦巻くガスの雲を測定することにかかっていましたが、この方法は下層大気の風を測定する場合にのみ有効です。一方、木星の極でオーロラを使用することにより、研究者は上層大気の風をモデル化することができました。しかし、これらの方法は両方とも、組み合わせて使用されたとしても、巨大ガス惑星の大気の中間部分である成層圏に風を残し、謎の何かを残しました。
ここまでです。この天文学者チームは、アタカマ大型ミリ波アレイ (ALMA) を使用して、1994 年のシューメーカー レビー 9 彗星との衝突によって木星の大気に残された分子を追跡しました。
「アルマ望遠鏡の機能を利用して、木星のスペクトル放射をサブミリ単位の非常に高い空間分解能とスペクトル分解能で迅速にマッピングし、対象としたスペクトル線上で風によって引き起こされるドップラー シフトを観測する必要がありました」と、チーム リーダーの Thibault Cavalié 氏は述べています。フランスのボルドーでは、ZME Science だけを取り上げています。 「サイレンの周波数の変化から、通過する消防車の速度を推測できるのと同じように、風速を推測できます。このスペクトル線は成層圏で形成され、この高度での風へのアクセスを可能にします.
Cavalié は、チームがアルマ望遠鏡の機能を使用して、木星のスペクトル放射をサブミリ単位の非常に高い空間分解能とスペクトル分解能で迅速にマッピングし、対象のスペクトル線で風によって引き起こされるドップラー シフトを観察する必要があったと説明しています。
「サイレンの周波数の変化から、通過する消防車の速度を推測できるのと同じように、風速を推測できます」と研究者は続けます。 「このスペクトル線は成層圏で形成され、この高度で風にアクセスできるようにします。」
天文学者が発見したのは、2 つの異なる場所の木星の中層大気で強力な風でした。 1組の風は予想通りだったが、もう1組は驚きだった。
木星の「超音速ジェット」風
Cavalié は、チームが最初に、赤道のすぐ北にある秒速 200 メートルの東向きのジェットを「スーパーローテーション」で発見したと説明しています。これは、惑星が自転するよりも風が惑星の周りを速く回転することを意味します。 「そのような緯度での風は、これらの低緯度でのモデルと以前の温度測定から予想されていました」と天文学者は付け加えます。
しかし、チームが観察したすべてが期待通りだったわけではありません。
「最も驚くべきことは、木星の極近くの主要な UV オーロラ放射の下に位置する風を特定したことです。これらの風の速度は毎秒 300 ～ 400 メートルです」と Cavalié 氏は言います。 「赤道風はある程度予想されていましたが、オーロラ風とその高速はまったく予想外でした。」
これを大局的に見ると、地球上でこれまでに記録された最速の風は、1931 年にワシントン山天文台で測定された秒速 103 メートルに達しました。これらのオーロラ風は、木星の大赤斑で記録された風よりも速く、進行中の荒れ狂う嵐です。毎秒約 120 メートルの速度で記録されている巨大ガス惑星の表面。
ただし、これらのジェットの速度だけが威圧的な品質ではありません。ジェットは、地球全体の直径の約 4 倍の直径を持つ巨大な渦のように振る舞い、高さは約 900 キロメートルに達します。
Astronomy &Astrophysics の最新版に掲載された論文に記載されている、チームの測定値と驚くべき発見 、木星の最近の歴史における暴力事件がなければ不可能だったでしょう。
Shoemaker-Levy 9 にはまだ影響があります
シューメーカー レヴィ 9 が木星の表面に衝突したことは、その影響がこの研究を可能にする前にすでに歴史を作っていた出来事、より正確には一連の出来事でした。
この彗星は惑星の大気圏で崩壊し、1994 年以前には研究されたことのない一連の衝突をもたらしました。皮肉なことに、この研究のおかげで、シューメーカー レビー 9 はまだ影響を及ぼしています。今日。彗星は、チームが追跡することができた木星の大気中に渦巻くシアン化水素の痕跡を残しました.
「チームは、シアン化水素分子のドップラー シフトを測定しました。これは、木星の成層圏風によって引き起こされた分子の動きによって引き起こされた、分子によって放出される放射線の周波数の小さな変化です」と、サウスウェスト研究所 (SwRI) の上級研究員である Thomas K Greathouse は述べています。 ）、観測結果の研究と分析の開発を担当しています。 「
チームが ALMA でわずか 30 分の動作時間で行ったすべての測定値を取得できたという事実は、チリ北部のアタカマ砂漠にある望遠鏡アレイを構成する 66 個のアンテナのパワーと精度の顕著な証拠です。 、現在地球上で最も強力な電波望遠鏡です。
「これらの測定が可能になったのは、ALMA が利用可能になったからです。以前の電波観測施設には、この研究で行われたような風を測定するために必要な高感度に加えて、スペクトルおよび空間分解能の組み合わせがありませんでした」と Greathouse 氏は ZME Science に語っています。 「ALMA を使用して木星をさまざまな方向で捉えるためにさらに観測を行うことで、これらの風をより詳細に研究し、それらの時間的変動を探すこともできます。
「さらに、2022 年に打ち上げ予定の JUICE ミッションとそのサブミリ波計測器から、より広範な測定が可能になります。」
木星調査の未来
JUICE または JUpiter ICy moons Explorer は、欧州宇宙機関 (ESA) の Cosmic Vision プログラムにおける最初の大規模なミッションであり、2029 年に木星に到着し、ガス巨人を詳細に観察する 3 年間のミッションを開始します。
2009 年から木星の風の測定に携わってきた Cavalié にとって、そのような調査の未来は明るいものであり、太陽系最大の惑星と巨大ガス惑星全般について私たちに教えてくれることです。 「今度は、アルマ望遠鏡を再び使用して、赤道風の時間変動を特徴付けたいと考えています」と天文学者は言います。 「温度測定とモデルから、赤道風は約 4 年周期で東から西に振動することが予想されます。」
この科学者も、彼と彼の同僚が最初の成果を上げたからといって、その栄光に安住する準備ができているわけではありません。その過程で多くのエキサイティングな開発が行われているため、多くの作業を行う必要があります。
「また、ジュノーのペリジョーブ通過時のオーロラ風を観測して、データを探査機による極の観測と比較して、その起源とそれらを維持するものをよりよく理解したいと考えています」と彼は説明します。 「さらに、この研究は、JUICEとそのサブミリ波装置で同じ技術を使用して実施される将来の調査への足がかりです。」
これらのミッションに加えて、ESO の超大型望遠鏡 (ELT) は、この 10 年後半に運用を開始する予定であり、木星の調査にも参加し、ガス巨人の大気の非常に詳細な調査を提供できるはずです。
