天王星には奇妙な赤外線オーロラがある

天文学者たちはケック II 望遠鏡のデータを使って初めて、天王星に赤外線オーロラが存在することを発見した。この発見は、太陽系の惑星の磁場の未知の特性の一部を解明する可能性がある。また、太陽から遠く離れた惑星がなぜ本来よりも高温なのかを説明する助けにもなるかもしれない。この発見は、10 月 23 日にNature Astronomy誌に掲載された研究で説明されている。

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ハワイのケック天文台のNIRSPEC（近赤外線分光計）は、2006年に天王星の6時間の観測データを集めるために使われました。研究の著者らは、特定の粒子であるイオン化した三原子水素、つまりH3+の兆候を見つけるために、224枚の画像を注意深く研究しました。彼らは、荷電粒子との衝突後のデータの中にH3+の証拠を見つけました。その放射は、天王星の北磁極の上に赤外線オーロラの輝きを生み出しました。画像自体は、ハッブル宇宙望遠鏡による天王星の画像に重ね合わせた、赤外線オーロラの芸術的な表現です。

天王星のオーロラと地球のオーロラ

天王星のオーロラは、地球の場合と同じように、太陽からの荷電粒子が天王星の磁場と相互作用することによって発生します。粒子は磁力線に沿って磁極に向かって流れ込みます。荷電粒子が天王星の大気圏に入ると、大気の分子に衝突します。これにより分子が光ります。

天王星の大気の主なガスは水素とヘリウムで、その温度は地球よりはるかに低い。この温度でこれらのガスが存在するため、天王星のオーロラは主に紫外線と赤外線の波長で光る。これに対し、地球のオーロラは酸素と窒素の原子が荷電粒子と衝突して発生し、色は主に青、緑、赤で、適切な緯度では人間の目で見ることができる。

天王星と海王星は、磁場が自転軸とずれているため、太陽系の中では珍しい惑星です。天文学者はこの理由をまだ解明できていませんが、天王星のオーロラに手がかりがあるかもしれません。

赤外線の測定

この研究では、天文学者のチームが、1992年に天王星の調査が始まって以来初めて天王星の赤外線オーロラを測定した結果を使用した。チームによると、天王星の紫外線オーロラは1986年に初めて観測されたが、赤外線オーロラはこれまで観測されていなかったという。

惑星から放射される光の特定の波長を分析することによって、このデータを使用して、バーコードに似た、これらの惑星からの輝線と呼ばれる光を分析できます。赤外線スペクトルでは、H3+粒子によって放射される線は、粒子の温度や冷たさ、および大気のこの層の密度に応じて、さまざまなレベルの明るさになります。線は、惑星の温度を測る温度計のような役割を果たします。

天文学者たちは、天王星の大気中の H3+ の密度が明らかに増加しているのに、温度はほとんど変化していないことを発見しました。これは、赤外線オーロラの存在によって引き起こされるイオン化と一致しています。これらの測定は、天文学者が太陽系の他の外惑星の磁場を理解するのに役立ちます。科学者が生命を維持するのに適した他の惑星を特定することもできます。

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「天王星を含むすべての巨大ガス惑星の温度は、太陽だけで温められた場合のモデル予測より数百度も高く、これらの惑星がなぜ予想よりずっと熱いのかという大きな疑問が残る。ある理論では、この原因は活発なオーロラで、オーロラから熱が発生し、磁気赤道に向かって押し下げられると示唆している」と、研究の共著者でレスター大学の博士課程の学生、エマ・トーマスは声明で述べた。

太陽系外惑星の生命の手がかり

トーマス氏によると、天文学者が発見した太陽系外惑星のほとんどは海王星より小さい惑星で、海王星や天王星と同程度の大きさだという。これらの太陽系外惑星にも、同様の磁気特性や大気特性が存在する可能性がある。天王星のオーロラは惑星の磁場と大気に直接関係しているため、天文学者はオーロラを研究することで、大気や磁場、そしてそれらが生命維持に適しているかどうかを予測できる。

これらの結果は、地球上でまれに起こる地磁気逆転現象についての洞察も提供するかもしれない。これは、北極と南極が半球上の位置を入れ替えるときに起こる。NASA によると、極の逆転は地球の地質学の歴史においてかなり一般的であり、最後に起こったのは約 78 万年前である。古地磁気記録によると、過去 8,300 万年間で地球の磁極は 183 回逆転している。また、過去 1 億 6,000 万年間で少なくとも数百回逆転している。これらの逆転の間隔は変動しているが、平均すると約 30 万年である。

「この現象についての研究は多くなく、そのため、衛星、通信、ナビゲーションなど、地球の磁場に依存するシステムにどのような影響があるのか​​はわかりません」とトーマス氏は言う。「しかし、このプロセスは、自転軸と磁気軸の独特なずれにより、天王星では毎日起こっています。天王星のオーロラの継続的な研究により、地球が将来極反転したときに何が予想されるか、そしてそれが磁場にどのような影響を与えるかについてのデータが得られるでしょう。」