天王星は地球の22,000倍の大きさのガス泡を噴出した

研究者たちが拡大し続ける太陽系の地図には、巨大な空白がある。過去20年間、実に多くの探査機が火星の地震を計測し、土星の環の溝を精査し、木星のジェット気流を観察し、冥王星の鼓動を聞いてきた。しかし、間近で直接探査するという点では、天王星のイメージは、1986年にボイジャー2号の年代物の機器が捉えた、特徴のない青いビーチボールのような画像から大きくは進歩していない。

しかし昨年、NASAのアーカイブを精査していた2人の惑星科学者が、以前の分析では見落とされていたことに気づいた。それは、宇宙船が一種の磁気バブルの中を航行しているときに天王星の磁場に生じたわずかな変化だった。昨年の夏、 Geophysical Research Letters誌に掲載されたこの新しい結果は、惑星科学者たちがこの分野の最も深い未解決の謎のいくつかに焦点を移し始めたときに発表された。

「カッシーニの土星探査ミッションは終了し、人々は『さて、他に何ができるだろうか』と言い始めています」と、天文学研究大学協会の科学担当副会長で惑星天文学者のハイジ・ハメル氏は言う。「人々は他の惑星に再び目を向け、古いデータは無視し始めています。」

NASAゴダード宇宙飛行センターのジーナ・ディブラッチョとダニエル・ガーシュマンは、そうした研究者の2人だ。最外惑星に対するコミュニティの関心の高まりに刺激され、彼らは30年前のデータを新しい方法で手作業で処理するのに何時間も費やした。ディブラッチョによると、ボイジャーの科学者は磁場の強さを全体として計算していたため、磁力計の読み取り値の短い変化は単に厄介なものと考えられていた。しかし、そのギザギザの跳ね返りと落ち込みを拡大して見ていると、ディブラッチョとガーシュマンは、ボイジャー2号の45時間のフライバイの中で、磁場がすぐに認識できる形で上昇したり下降したりする特別な60秒間のセクションを発見した。NASAのプレスリリースによると、ガーシュマンはディブラッチョに「それはプラズモイドである可能性はありますか？」と尋ねた。

プラズモイドとは、太陽風が惑星の周りを吹き抜けるときに宇宙に吹き飛ばされる帯電した大気の塊である。このような塊が失われると、長い時間をかけて世界が劇的に変化する可能性があり、それらを研究することで惑星の誕生と死について洞察を得ることができる。研究者はさまざまな惑星からプラズモイドが分離するのを発見しているが、ボイジャー2号が通過した磁気噴出は天王星では初めてのことだ。「天王星にはプラズモイドがあるだろうと予想していましたが、それがどのような形をしているのか正確にはわかりませんでした」とディブラッチョ氏は言う。

研究者らは、このプラズモイドを現行犯逮捕したが、土星や木星から漏れ出したプラズモイドと非常によく似ているが、比較的多くの質量を奪っていると彼女は言う。（このプラズモイドは、地球の約22,000倍の大きさの円筒形を形成した。）

こうした発見は、新たな分析を待ってアーカイブに残る可能性もある。「ボイジャー2号のデータのほとんどはNASAの惑星データシステムで利用可能であり、まだ解明すべきことがたくさんあると思われます」とディブラッチョ氏は言う。

特に天王星はさらなる調査を待ち望んでいる。2014年、アリゾナ大学の天文学者エリック・カルコシュカ氏は、最新の画像処理技術を用いてボイジャー2号の画像を再検討した。1600枚の画像を合成し、コントラストを鮮明にすることで、カルコシュカ氏の研究は、キャンディストライプの雲で彩られたガムボールのような世界が、ずっとこの地味な青い球体の中に隠れていたことを明らかにした。

あまり評価されていない複雑さに加えて、天王星は変わった惑星でもある。他の惑星が自転するのに対し、天王星は横に傾いて自転し、その極はおおむね太陽に向くか太陽から離れる。その磁場も異常で、惑星の中心からずれ、横に60度も傾いている。惑星天文学者は地球からその磁場を観測できないが、ハッブル宇宙望遠鏡は極から遠く離れたところで輝く天王星のオーロラを通して、間接的にその磁場を垣間見ることができる。

ボイジャーチームは当初、磁場の異常は天王星の腹ばい姿勢に関係していると想定していたが、3年後に探査機が海王星（まっすぐ立っている）を通過した際に、惑星とその磁場の間に同様の明らかな不一致が見られた。現在、研究者らは、惑星の内部構造の何かが磁場を異ならせているに違いないと考えている。「この理論を改良できたらいいのに」とハメル氏は言う。

次世代の惑星科学者は、まさにそれを実行できるかもしれない。天王星や海王星に専用探査機を送り込むことへの関心が高まっているからだ。2018年と先週初めに、可能性のあるミッションの概略が発表された。そしてディブラッチョ氏は、同様の提案がさらに増えるだろうと語る。一般的な夢は、カッシーニのような探査機を送り込み、何年もかけて惑星の1つを周回し、その磁場を調査し、熱の流れを研究することだ。この探査機は、大気圏に打ち上げるための小型探査機を少なくとも1機搭載する。そこで、惑星の形成時に残った、通常は目に見えないガスを測定できるだろう。

また、探査機が海王星をターゲットにする場合、謎の衛星トリトン（土星のタイタンと混同しないように）との接近を計画できる。トリトンは、冥王星やその他の凍った天体によって支配されている、ほとんどアクセスできない領域から切り離された、おそらく海王星の元準惑星であり、地下に海があるかもしれない。

太陽系の外縁部を理解することが、これほど緊急に求められたことはかつてない。NASA は、惑星の優先事項を 10 年ごとに計画する傾向があり、現在は 2020 年代後半から 2030 年代前半のターゲットを選定している。一方、前回のいわゆる「10 年調査」から現在の調査までの間に、太陽系外惑星の科学は爆発的に進歩し、海王星と天王星は単なる局所的な珍物以上の存在となった。

研究者たちは、同様の「海王星より下」の世界が銀河系で最も一般的なタイプの惑星であることを知っている。そして、これらの世界の多くは、私たちの大きな青い2つの惑星に似た「氷巨星」惑星である可能性が高い。主に水素とヘリウムからなるガス巨星とは異なり、これらの惑星は主に水やアンモニアなどのより重い分子でできている。研究者が、これらの世界が異星系でこれほど一般的である理由、そして私たちの太陽系がなぜこれほど風変わりなのかを理解したいのであれば、天王星と海王星についてできる限りのことを解明する必要がある。

しかし、宇宙の裏庭は広大で、フェンスに向かって進むには時間と綿密な計画が必要です。太陽の光は太陽電池パネルには薄暗いので、何年にもわたるミッションには原子力が唯一の選択肢です。そして、数十億マイルは本当に遠いです。「現在最高のロケットと重力アシストを使っても、そこに到達するにはまだ10年かかります」とハメルは言います。技術開発とミッション設計の間、彼女は探査機がいつか地球に送り返すデータに取り組めなくても、探査機の打ち上げを見たいと考えています。「私たちのほとんどは、数十年単位の時間スケールで考える傾向があります」と彼女は言います。

天王星のプラズモイドの証拠は、ディブラッチョとガーシュマンが偶然発見するまで、30年間ボイジャー2号のデータの中に埋もれていた。次の氷巨星の遭遇は20年後かもしれないし、その過去のデータから将来さらなる洞察を引き出す研究者は、おそらくまだ生まれてもいないだろう。どんな発見が待ち受けているかを想像することで、ハメルのような天文学者は独特の長期的展望を持つことができる。「私は天王星と海王星の探査を夢見ています。素晴らしい宇宙望遠鏡も夢見ています」とハメルは言う。「それが私たちが困難な時期を乗り越える方法です。私たちは未来を夢見ています。」