土星の高速自転により昼間のオーロラが可能になる

地球では、魅惑的なオーロラの光は通常夜間にしか見られませんが、土星では正午近くにも現れることがあります。

本日ネイチャー・アストロノミー誌に掲載された新しい研究によると、土星の正午頃に爆発する磁気爆発はオーロラを発生させるほど強力だという。この発見は木星で検出された謎のX線パルスの説明にも役立つかもしれないと研究者らは述べている。

磁場が衝突すると、強力な爆発を引き起こす可能性があります。たとえば、プラズマ (既知の宇宙の恒星や通常の物質のほとんどを構成する電荷を帯びた粒子の雲) には、当然のことながら磁場が埋め込まれています。太陽からのプラズマの急速な突風が、地球を取り囲む電荷を帯びた粒子の殻 (磁気圏) に衝突すると、磁力線が切断され、再結合することがあります。このような再結合により、磁気エネルギーが爆発的に熱エネルギーと運動エネルギーに変換される可能性があります。

磁気再結合は太陽フレアの原動力となり、太陽系に大量の帯電プラズマを放出します。これらのフレアの磁場が惑星の周囲の磁場と衝突すると、その相互作用 (これも磁気再結合の一種) によって息を呑むようなオーロラが生まれます。このプロセスによって、地球の空だけでなく、火星、金星、天王星、木星、土星の空にもオーロラと南極光が生まれます。

土星では、これまでの研究で磁気圏界面の昼側、つまり太陽風が土星の磁場と出会う場所で再結合が見られた。また、土星の磁気円盤の夜側でも再結合が検出されている。磁気円盤は、土星の多数の衛星から噴出した水やその他の物質から作られたプラズマのリングである。電磁力によってこのプラズマのリングは土星の赤道付近に閉じ込められており、磁気円盤の磁力線の構成が変化すると、「たとえば再結合イベント中にこのプラズマが解放され、加速される」と、この研究には参加していない欧州宇宙機関の惑星科学者ニコラス・アルトベリ氏は説明する。

土星の磁気圏境界面の夜側ではプラズマ同士の衝突がほとんどないため、再結合は起きない。また、太陽風が磁気圏の昼側を圧縮し、そこでプラズマが厚くなるため、土星の磁気円盤の昼側でも再結合は起きないと予想されていた。

研究者らは、このような再結合は通常、厚いプラズマシートではなく薄いプラズマシートでのみ起こると予想していた。なぜなら、薄いシートは厚いシートよりも任意の空間に詰め込みやすく、距離が近いほどプラズマ内の磁場が再結合しやすくなるためだと、ベルギーのリエージュ大学の惑星科学者で研究の共同筆頭著者である姚中華氏は述べた。

しかし、科学者たちはカッシーニ宇宙船からのデータを使って、正午近くに土星の磁気円盤内で再結合が起こっているという直接的な証拠を手に入れた。この再結合から検出された高レベルのエネルギーは、オーロラを発生させるのに十分なほど強力だと彼らは付け加えた。

研究者らは、土星が太陽風の正午の圧力下でも磁気ディスク内のプラズマを薄くするほどの速さで自転しているため、この再結合が起きる可能性があると示唆している。土星は地球の760倍以上の大きさだが、自転は地球の24時間に対して約10時間で完了する。「これは、惑星の自転が、これまで考えられていたよりもはるかに重要な役割を磁気再結合に果たしていることを意味します」とヤオ氏は述べた。

この発見は、これまで土星と木星の両方で見られた昼側のオーロラを説明するのに役立つかもしれない。「このプロセスは木星の昼側の磁気円盤でも起きると予想しており、これは木星の磁気圏を調査するNASAのジュノー計画によって確認される可能性がある」とヤオ氏は述べた。また、このような再結合中に起こる高エネルギー反応は、木星で見られる謎のX線パルスを説明するのに役立つかもしれないと同氏は付け加えた。