木星は太陽系のすべての惑星の王です。それは、大部分がガスで構成された最大のものであり、太陽系の歴史の中で、地球を含むほとんどの岩石惑星よりも早く形成されたと考えられています.
NASA のジュノー ミッションが現在明らかにしようとしている記録である、太陽系の初期段階の元素レンガの記録をその深い内部に隠しているため、それは最も興味深いものです [Bolton et al., Science, 2017]。ほとんどの人にとって、木星は明るいさすらいの星であり、夜は太陽、月、金星にのみ輝いています。しかし、アマチュアの天文学者や科学者にとっては、カラフルな縞模様の構造、巨大な大赤斑、17 世紀初頭にガリレオによって発見された一連の 4 つの主要な衛星で知られています。
木星の外側の大気層に見られる複雑な雲の構造に加えて、その内部についてはほとんど知られていません。世界中の科学者たちは長年にわたり木星を広範囲に観察してきましたが、彼らの機器はその大気の最も外側の 4,000 km しか調査していません。これは、木星の全半径 70,000 km のわずか 3% にすぎません。木星の外層を理解することは、より深い内部、局所的な惑星間環境、およびその衛星との相互作用を通じて、惑星全体を把握する唯一の方法です。
木星は主に水素とヘリウムで構成されており、少量のメタンやその他の微量種が含まれています。メタンは、太陽からの紫外線と相互作用するため、重要な役割を果たします。木星の大気の上部にあるメタンは、太陽光によって小さな破片に分解され、化学反応を起こしながら木星の下層大気に向かって沈み込み、ますます高い炭化水素分子を形成します。最も豊富なもののいくつか、エタンとアセチレンは、何十年にもわたって地球および宇宙観測所から測定および追跡されてきました。これらの分子は、木星の成層圏循環のトレーサーとして使用できるため、特に興味深いものです。この循環パターンを示す観測可能な雲はありません。
土星系から驚くほど豊富な情報を持ち帰ったことで知られるカッシーニ探査機も、2000 年後半に木星のそばを飛行し、緯度の関数としてエタンとアセチレンが惑星全体にどのように分布しているかを正確に測定した [Nixon et al., Icarus 、2010]。 「カッシーニによって制約された木星の成層圏における光化学、混合および輸送」 最近Icarusに掲載された論文 、科学者の Vincent Hue、Franck Hersant、Thibault Cavalié、Michel Dobrijevic、および James Sinclair は、観察されたエタンとアセチレンの分布が実際に木星の高高度大気循環の研究に使用できるかどうかを調査しました
2 つの分子の分布は、理論的には互いに似ていると予想されていました。なぜなら、それらは両方とも同じ発生源であるメタンから発生するからです。しかし、カッシーニによって明らかにされた 1 つの驚きは、実際には反相関関係にあるということでした。エタンの量が赤道から極に向かって増加することが不思議なことに発見されましたが、アセチレンは反対の傾向を示しました。予測と観測の間のこの不一致は、アセチレンとは異なる方法でエタンを輸送できる木星の大気中のさまざまな循環メカニズムによって、またはその極地域で発生する異なるタイプの化学によって説明できます。
著者らは、さまざまな大気運動パターンの下でこれら 2 つの分子の分布をシミュレートするために、特定の大気モデルを開発しました。知られている運動メカニズムには、方向運動、たとえば風、または拡散運動が含まれます。これは、ティーバッグをお湯に浸すのと同様のプロセスです。彼らがモデルで使用した大気の動きは、木星の大気の組成が時間の経過とともにどのように進化したかを測定した数十年にわたる観測に基づいています。より具体的には、1994 年に木星で大きな彗星の衝突が観測され、木星のいくつかの特定の場所に多数の外因性物質がもたらされました。それ以来、木星の大気の動きは、その物質が惑星全体にどのように広がったかを測定することによって追跡されてきました.
彼らは、木星が 2 つの大きな大気循環セル (地球のハドレー循環セルに似ている) を持ち、赤道で上昇気流、高緯度で下降気流があることを考慮して、極でのエタンの濃縮を説明できる可能性があることを示しています。しかし、彼らはまた、木星の大気の化学に関する現在の知識を考えると、観測されたものとは異なり、アセチレンの分布はエタンと同じ傾向に従うと予測されていることも示しています
エタンとアセチレンを分離する 1 つの方法は、赤道または高緯度で発生する別のタイプの化学反応を呼び出すことです。木星の極は、太陽系全体で最も強力なオーロラをホストすることで知られています。これは、木星の強力な磁場によって引き起こされます。これは、NASA のジュノー ミッションのもう 1 つの主題研究です。これらのオーロラは、木星の極域でエネルギー電子の形で大量のエネルギーが放出されていることを示しています。中性分子とイオンが関与する化学反応は、理論的には、これら 2 つの炭化水素を分離し、観測された化学的特徴を生成する方法である可能性があります。
ジュノー ミッションをサポートするために、NASA の赤外線望遠鏡施設からの最近の地上観測は、実際、木星の北オーロラの下の大気領域が大気の残りの部分とは劇的に異なる条件を経験していることを示唆しています [Sinclair et al., Icarus, 2018]。大気温度が局所的に約 20°K 上昇しただけでなく、アセチレンも同じ地域で局所的に増強され、エタンは極域全体で濃縮されました。
これらの結果は、カッシーニによって明らかにされた大気組成の不可解な分布の原因として、木星の大気循環を除外します。しかし、これは科学者が成層圏の化学が木星の壮大なオーロラ光のショーによってどのように影響されるかを理解する必要がある新しい研究の方向性を切り開きます.
これらの発見は、最近 Icarus 誌に掲載された「カッシーニによって制約された木星の成層圏における光化学、混合および輸送」というタイトルの記事で説明されています。 この作業は、 サウスウェスト研究所の V. Hue、 大学の F. Hersant および M. Dobrijevic によって実施されました。ボルドー、パリ天文台の T. カヴァリエ、J.A.ジェット推進研究所/カリフォルニア工科大学の Sinclair。
