探査機ジュノーがWMケック天文台と日本のひさき衛星に加わり、木星の「エネルギー危機」を解決

オーロラが木星大気を加熱し、オーロラは太陽風が木星に押し寄せてくると発生することが分かった。以下、機械翻訳。
天文台の組み立て：NASAの探査機ジュノーがWMケック天文台と日本のひさき衛星に加わり、木星の「エネルギー危機」を解決
2021年8月4日に投稿

木星は、木星の上層大気の赤外線の輝きの芸術的な印象の下にある文脈のために可視光で示されています。この上層大気層の明るさは、高温から低温まで、白、黄、明るい赤、最後に濃い赤の順に温度に対応します。オーロラは最も暑い地域であり、画像は、オーロラから離れる風によって熱がどのように運ばれ、惑星全体の加熱を引き起こす可能性があるかを示しています。
クレジット：J。O'Donoghue（JAXA）/ Hubble / NASA / ESA / A。サイモン/ J。シュミット
Maunakea、ハワイ" I -地球のように太陽からのお座りの5倍以上の距離、木星は特に温めることが期待されていません。受け取った日光の量に基づいて、惑星の上層大気の平均気温は摂氏マイナス73度になるはずです。代わりに、測定値は摂氏426度まで急上昇します。この余分な熱の原因は50年間とらえどころのないままであり、科学者はこの不一致を地球の「エネルギー危機」と呼んでいます。
最近、国際チームが、NASAの探査機Juno、ハワイのマウナケアにあるWMケック天文台、宇宙航空研究開発機構（JAXA）のひさき衛星の3つの天文台から観測を集め、木星の熱ブーストの可能性のある原因を発見しました。
「太陽系で最も強力な木星の強烈なオーロラが、惑星の上層大気全体を驚くほど高温に加熱する原因であることがわかりました」と、JAXA宇宙宇宙科学研究所（相模原）のジェームズ・オドノヒューは述べています。O'Donoghueは、メリーランド州グリーンベルトにあるNASAのゴダードスペースフライトセンターで研究を開始し、本日（8月4日）ジャーナルNatureに掲載されたこの研究に関する論文の筆頭著者です。
オーロラは、荷電粒子が惑星の磁場に捕らえられたときに発生します。これらは、磁場内の目に見えない力線に沿って惑星の磁極に向かってらせん状になり、大気中の原子や分子に衝突して光とエネルギーを放出します。地球上では、これはオーロラとオーロラを形成するカラフルな光のショーにつながります。これは北極光と南極光としても知られています。木星では、その火山の月であるイオから噴出する物質が、太陽系で最も強力なオーロラと、惑星の極域の高層大気での巨大な加熱につながります。

オーロラが木星の不思議なエネルギーの源である可能性があるという考えは以前に提案されていましたが、観測はこれまでこれを確認または否定することができませんでした。

木星の上層大気のグローバルモデルは、オーロラによって加熱されて赤道に向かう風が、惑星の急速な回転によって引き起こされる西向きの風によって圧倒され、方向を変えられることを示唆しました。これにより、オーロラエネルギーが極域から逃げ出し、大気全体を加熱するのを防ぐことができます。しかし、この新しい観測結果は、そのようなトラッピングが発生しておらず、西向きの風が赤道方向の風と比較して予想よりも比較的弱い可能性があることを示唆しています。

ケック天文台の高解像度温度マップと、久木と純野の磁場データを組み合わせることで、チームは熱のパルスのように見えるものを木星の赤道に送る行為でオーロラを捕らえることができました。

Jupiter Auroral Heating

木星は、木星の上層大気の赤外線の輝きの芸術的な印象が重なる前に、コンテキストのために最初に可視光で示されます。この上層大気層の明るさは、高温から低温まで、白、黄、明るい赤、最後に濃い赤の順に温度に対応します。オーロラは最も暑い地域であり、アニメーションは、オーロラから離れる風によって熱がどのように運ばれ、惑星全体の加熱を引き起こす可能性があるかを示しています。最後に、実際のデータに温度スケールが追加され、調査で測定された観測された地球の気温が示されます。クレジット：J。O'Donoghue（JAXA）/ Hubble / NASA / ESA / A。サイモン/ J。シュミット
チームは、2016年4月と2017年1月の2つの別々の夜に5時間、ケックII望遠鏡で木星を観測しました。ケックIIの近赤外線分光法（NIRSPEC）を使用して、木星の大気中の帯電水素分子（H3 +イオン）からの熱は惑星の極から赤道までたどります。気温の上限に関する以前の地図は、数ピクセルのみで構成される画像を使用して作成されていました。これは、地球全体で温度がどのように変化するかを確認するのに十分な解像度ではなく、余分な熱の原因に関する手がかりはほとんどありません。
状況を改善するために、チームはケックIIの力を利用して、惑星の表面全体でさらに多くの温度測定を行い、記録された値が5％未満の不確実性のある測定のみを含めました。これには何年にもわたる注意深い作業が必要であり、10,000を超える個別のデータポイントを備えた温度マップが作成されました。これは、これまでで最高の解像度です。
「これを他の機器で何度も試みましたが、ケックのNIRSPECを使用して、木星から赤道までの光を初めて測定することができたので、温度と電離圏密度をマッピングすることができました。英国のレスターにあるレスター大学の論文の共著者であるトム・スタラードは述べています。
これらの詳細な地図は、オーロラの近くの極域でのみ高温が発生するのではなく、オーロラに熱が閉じ込められた場合に予想されるように、上層大気の熱がより広く分布し、赤道に近づくにつれて温度が徐々に低下することを示しました。 。
「また、オーロラからかなり離れた場所にある奇妙な局所的な加熱領域を明らかにしました。これまでに見たものとは異なり、長い加熱バーです」とスタラード氏は述べています。「この機能が何であるかはわかりませんが、オーロラから赤道方向に流れる熱のうねる波であると確信しています。」
さらに、JAXAのひさき衛星からの観測は、ケックII温度観測時の条件が木星に強いオーロラを生成する可能性があることを示しました。久木は、2013年のミッション開始以来、地球周回軌道から木星周辺のオーロラ発生磁場を観測してきました。この長期モニタリングにより、木星の磁場は太陽風の影響を強く受けていることがわかりました。太陽から放出される高エネルギー粒子の流れ。太陽風はそれ自身の磁場を運び、これが木星の惑星の場と出会うとき、後者は圧縮されます。ケックII観測の時、久木は木星で太陽風からの圧力が特に高く、フィールド圧縮が強化されたオーロラを作成した可能性が高いことを示しました。
最後に、木星の周りの軌道にあるジュノからの観測は、惑星上のオーロラの正確な位置を提供しました。
「ジュノの磁場データは、オーロラがどこにあったかについての「グラウンドトゥルース」を私たちに提供しました。熱が多くの方向に漏れるため、この情報はヒートマップからすぐには利用できません」とO'Donoghue氏は述べています。「これをビーチのように想像してみてください。暑い雰囲気が水で、Junoによってマッピングされた磁場が海岸線で、オーロラが海である場合、水が海を離れて陸に氾濫していることがわかり、Junoはその海岸線がどこにあるかを明らかにしました。洪水の程度を理解するのに役立ちます。」
「この潜在的な熱放出イベントを捉えたのは幸運でした」とO'Donoghue氏は付け加えます。「太陽風の圧力が最近高くなかった別の夜に木星を観測したとしたら、それを見逃していたでしょう！」
チームは引き続きデータを分析し、より多くのマップを作成します。彼らの目標は、木星のオーロラが別のホットスポットを噴き出すのを捕らえることです。今回は、2〜3日間にわたってそれを観察し、惑星の周りを移動するときのエネルギーを追跡できるようにします。
「これらの機能の1つが動いているのを観察できますか？動作中のオーロラ熱の流れを示しますか？このエネルギーの流れは、現在私たちが非常に複雑であることがわかっている周囲の磁場にどのように影響しますか？木星の電離層のある地域でのスリリングな一連の研究質問であり、5年前、私たちは平凡だと考えていました」とスタラード氏は述べています。

NIRSPECについて
近赤外分光器（NIRSPEC）は、高スペクトル分解能で広範囲の赤外波長にわたる物体のスペクトルをキャプチャする、独自の交差分散エシェル分光器です。Ian McLean教授が率いるチームによってUCLA赤外線研究所で構築されたこの機器は、クールな星の視線速度の研究、星とその周辺の存在量の測定、惑星科学、およびその他の多くの科学プログラムに使用されます。2番目のモードは、低いスペクトル分解能を提供しますが、高い感度を提供し、遠方の銀河や非常に冷たい低質量の星の研究に人気があります。NIRSPECは、Keck IIの補償光学（AO）システムとともに使用して、AOの高い空間分解能とNIRSPECの高いスペクトル分解能のパワーを組み合わせることができます。このプロジェクトのサポートは、Heising-SimonsFoundationによって提供されました。。

WMケック天文台について
WMケック天文台望遠鏡は、地球上で最も科学的に生産性の高い望遠鏡の1つです。ハワイ島のマウナケアの頂上にある2つの10メートル光学/赤外線望遠鏡は、イメージャ、マルチオブジェクト分光器、高解像度分光器、面分光計、世界をリードするレーザーガイド星補償光学システムなどの一連の高度な機器を備えています。ここに示されているデータの一部は、カリフォルニア工科大学、カリフォルニア大学、および米国航空宇宙局の間の科学的パートナーシップとして運営されている民間の501（c）3非営利団体であるKeckObservatoryで取得されました。天文台は、WMケック財団の寛大な財政的支援によって可能になりました。著者は、マウナケア山頂がハワイ先住民コミュニティ内で常に持っていた非常に重要な文化的役割と畏敬の念を認識し、認めたいと考えています。この山からの観察をする機会があったことは、私たちにとって最も幸運なことです。