アンモニアの「マッシュボール」が木星で奇妙な雷を引き起こす可能性

木星の天気予報は曇りで、「マッシュボール」の可能性がある。渦巻に覆われたこの惑星は、何百年もの間、その表面で猛烈な嵐に見舞われており、その風速は地球のカテゴリー 5 のハリケーンよりも強い。今、木星の奇妙な気象現象の長いリストに、激しい雷雨の間に形成される「マッシュボール」と呼ばれるアンモニアを多く含んだ雹という現象が加わることになる。

1979年にボイジャー1号が初めて木星の写真を撮影して以来、私たちは木星の雲頂の奥深くで巨大なエネルギーの衝撃を目撃してきた。しかし、NASAジェット推進研究所の物理学者ハイジ・ベッカー氏によると、巨大ガス惑星の大気圏上層部で雷を発見するのは困難だという。現在の技術では雷が見えないのか、それとも単にそこに雷が落ちなかったのかは不明だ。

今週、NASAのジュノー探査機が行った観測結果と、先週ネイチャー誌とJGR Planets誌に掲載された3本の論文で概説された内容によると、木星の雲頂でも頻繁に雷が発生していることが明らかになった。これは地球上では見られない現象だ。

NASA の木星探査機ジュノーが木星の周回軌道に入ってから 4 年が経ち、同機はゆっくりと惑星の王者をそそのかし、その最も深い秘密を明かさせてきた。ある研究の筆頭著者であるベッカー氏と彼女のチームは、通常、探査機の位置を正確に特定するために星などの薄暗い光源をのぞき込むために使用されるジュノーのナビゲーション カメラを 2018 年に木星の暗黒面に向けました。研究者たちは、これまでにないほど電気がパチパチと音を立てる雲を目撃しました。

「ジュノーはまたしても木星の気象学の一般的な見解に反論している」と、この研究には関わっていないレスター大学の惑星科学者リー・フレッチャー氏は言う。「ジュノーの恒星基準ユニットを使ってこれらの小さな稲妻の閃光を検出したことは、高度な機器と宇宙船の組み合わせがいかにして思いがけない発見につながるかを示している。」

地球と同様に、木星の雷は、水が氷、液体、気体などあらゆる状態で存在する雷雨のときにのみ発生すると考えられていた。しかし、研究者たちは、液体の水が存在するには寒すぎる木星の雲頂の上層部で雷を発見した。

なぜなら、この惑星には回避策があるからだ。研究者たちは、この奇妙な雷は純粋な液体の水ではなく、上層大気の雲の中の水が完全に凍らないようにする「不凍液」として働く液体アンモニアによって引き起こされる可能性があると発見した。水2とアンモニアガス1の奇妙な混合液（ベッカー氏によると、これは窓用洗剤のようなもの）が純粋な水の氷の粒子と衝突し、電荷を蓄積する。

「これは木星で雷を発生させる新しい方法であり、ジュノーがこれらの写真を撮るまで誰もそれが可能であるとは思っていなかった」とベッカー氏は言う。

研究者らは、これらのアンモニア水滴は、いわゆる「マッシュボール」の種になる可能性があると推測した。水氷結晶がこれらの種に付着し、アンモニア水液体と純粋な水氷が溶けて雪玉のようなドロドロの状態になり、その後、強力な雷雨の上昇気流によって空高くまで持ち上げられる。これらの物体が上昇気流と下降気流に巻き込まれると、均一な氷を集めて、丘を転がる雪玉のように大きくなる。最終的に、これらの「マッシュボール」は大きくなり、上昇気流でも支えられなくなる。その後、ドロドロの雪玉が木星の内部深くに落下し、マッシュボール雹を形成する。

マッシュボール理論は、高高度雷を説明するだけでなく、木星に関する私たちの知識のその他のギャップも埋める。木星の赤道付近にはアンモニアが豊富にあるが、ベッカー氏によると、奇妙なことにアンモニアが存在しない小さな場所があるという。浅い雷とマッシュボールの両方に関する新たな知識を組み合わせることで、NASA チームはこの謎を解くことができた。ベッカー氏と彼女のチームは現在、これらの「マッシュボール」がアンモニアを隠す装置のように機能する可能性があると考えている。

「この理論の解決法は非常に単純かつ簡潔です。水とアンモニアが液体の状態にあるとき、それらは蒸発する深さに達するまで目に見えません。そして、その深さはかなり深いのです」とジュノの主任研究員で、新しい研究の共著者であるスコット・ボルトン氏はプレスリリースで述べている。

今のところ、「マッシュボール」モデルは理論上のものだ。ベッカー氏と同僚は、ジュノーの大気をより詳細に観測することで、モデルの予測と観測データとのギャップが縮まることを期待している。ベッカー氏が指摘するように、木星の大気を理解することは、太陽系の内外における他の惑星の天候がどのように変化するかを知る手がかりとなる。

「木星は地球のほかに、異なる世界で物事がどのように機能するかを理解できるもうひとつの実験室です」とベッカー氏は言う。「40年以上もの間、天文学者は木星の雷雨は地球と同じように起こると考えていましたが、現在私たちはまったく異なる現象を目にしています。学ぶべきことは常にあるのです。」