ジュノーが木星にいることに本当に興奮すべき理由

7 月 4 日、NASA のジュノー宇宙船が 35 分間の軌道投入燃焼のためにエンジンを点火しました。宇宙船の木星への 5 年近い旅が終わり、軌道ミッションが始まりました。宇宙マニアにとっては興奮の瞬間でしたが、一般の観察者はあまり興奮しなかったかもしれません。結局のところ、私たちは何度も木星を訪れており、ほとんどの人が木星の特徴的な赤い斑点を認識し、主要な衛星について少なくとも少しは知っています。しかし、木星はよく知られているように思われるかもしれませんが、ジュノーは私たちがこの巨大ガス惑星に送った 2 回目の専用ミッションに過ぎず、今回は木星と同じくらい、生命の要素が地球にどのように到達したかを知ることになります。

木星は巨大で、夜空で肉眼で確認できるほどの大きさです。そのため、天文学者は何千年もの間、木星を研究してきましたが、木星について本格的に学び始めたのは、1610年にガリレオが望遠鏡で木星を観測し、木星に複数の衛星があることを発見した17世紀になってからでした。当時、これは地動説ではなく太陽中心説を支持する説得力のある証拠でした。

地球からの木星の観測は 20 世紀まで続きました。天文学者は斑点や木星の周りを移動する色とりどりの雲の帯、さらに多くの衛星を発見することができました。また、木星の吸収スペクトルにアンモニアとメタンが含まれていること、木星の周囲に強力な磁場がある証拠も発見しました。しかし、地球からの観測では限られた情報しか得られませんでした。木星を本当に理解するために、天文学者と科学者は急成長する宇宙時代を活用する必要がありました。

ソ連がスプートニクを打ち上げた後、衛星や探査機による宇宙探査は、SFの世界から科学的事実へと移行したが、惑星科学はその後に登場した。1960年代は主に人類の月面着陸に注がれ、最初の探査機は米国自身の衛星を探索するために送られた。米国による最初の月面打ち上げには、パイオニア0号という後付けの名称が付けられたものがあった。1958年8月17日に打ち上げられたが、打ち上げ機が爆発したため、月にはまったく近づけなかった。

パイオニア計画は継続され、その後の探査機も月への到達には失敗したものの、太陽風、放射線、宇宙線に関するデータを収集しました。そして、同計画の 11 番目のミッションは別の目的で行われました。木星へ向かったのです。

パイオニア 10 号は 1972 年 3 月 3 日に打ち上げられ、太陽系を抜ける途中で木星、そして土星を通過する軌道をたどりました。時速約 82,000 マイルで飛行したパイオニア 10 号は、1973 年 12 月 3 日に木星の雲頂から 81,000 マイル以内を通過しました。1 年後、双子のパイオニア 11 号宇宙船がこれに続き、木星の雲頂からわずか 13,005 マイル上空を通過しました。

パイオニアは木星を間近に観測した最初の探査機であり、データも収集しました。パイオニア探査機は木星の磁場、傾き、強い重力、強い環流による磁気圏のゆがみについて教えてくれました。また、木星の環境における放射線は地球周辺の放射線よりもはるかに強いことがわかり、雲層の深さも測定されました。さらに、木星が太陽から受ける熱よりも多くの熱を放出していることもわかりました。これらの探査機は、惑星の周囲に細かい粒子の環の痕跡も発見しました。これらはすべて驚くべきことでしたが、表面をかすめたに過ぎませんでした。

パイオニア号が木星に到達する前に、NASA は次なる主要な木星探査ミッションを承認していました。それは、太陽系グランドツアーの一環として、双子のボイジャー宇宙船によるもう 1 組の木星フライバイでした。1977 年秋の打ち上げから約 2 年後、ボイジャー号は木星に到達しました。ボイジャー 1 号が最も接近したのは 1979 年 3 月 5 日で、ボイジャー 2 号は 7 月 9 日に続きました。

ボイジャーは木星の新しい衛星を 3 つ発見し、惑星の極にオーロラ帯を発見し、木星には非常に少ない環があることを確認しました。このミッションでは、木星の衛星が惑星と同じくらい魅力的であることも明らかになりました。ボイジャー 1 号が方向転換してこの巨大ガス惑星の最後のショットを撮影したとき、イオで噴火している活火山を捉えました。木星だけでなく、その巨大な衛星システムにもさらに多くのものがありました。

パイオニア10号と11号、ボイジャー1号と2号の問題は、これらのミッションはすべてフライバイだったことです。惑星の軌道に落ちて、ガス巨星を実際によく観察することはできませんでした。その夢は、1990年代のガリレオミッションでようやく実現しました。

ガリレオは、1989 年 10 月 18 日にスペース シャトル アトランティスのペイロード ベイから打ち上げられ、曲がりくねった軌道で木星へと放たれました。これは 2 つの部分から構成されています。探査機は木星に直行し、木星の化学組成と大気の構造、熱バランス、雷環境、そして木星が死にゆく間、木星の上層雲に沿った高エネルギー粒子の動きに関するデータを送信するように設計されていました。オービターはより長い寿命を持ち、木星の衛星の表面形態、組成、磁場、重力場を調査して、システム全体の仕組みを最終的に理解します。

ガリレオは、木星の雲頂から約 31,000 マイル上空にある強力な放射線帯や、大気中を時速 400 マイル以上で移動する風など、多くのことを明らかにしました。また、予想よりも雷の数は少なかったものの、実際に発見したものは地球上のものよりはるかに強力でした。ガリレオはまた、イオがまだ火山活動中であることも発見しました。ボイジャーが数十年前に通過して以来、イオの表面は噴火した火山によって再表面化していました。ガリレオはまた、エウロパの地下に海があるかもしれないという証拠も発見しました。

しかしガリレオは、私たちが思っていたほど木星のことを知らなかったことも明らかにした。探査機が木星で発見した水はボイジャー探査機が検出した水よりも少なかった。つまり、木星の組成や構成についてもっと学ぶ必要があるということだ。これはまた、惑星形成に関するいくつかの主要な理論が間違っていたことを意味したが、木星が実際に何でできているかを知らなければ、どれが正しいのかを知るすべはなかった。

残念ながら、ガリレオはいつまでも木星に留まることはできなかった。探査機との通信は2003年2月28日に途絶えた。探査機は9月21日に木星の厚い雲の中に突入した際に、最終的なデータを送信するために一時的に復活した。

ガリレオ計画により、木星についてさらに知る必要性が残されましたが、NASA は別の目標を定め、木星フライバイ ミッションが残されました。ユリシーズ、カッシーニ、ニュー ホライズンズの各宇宙船は、それぞれ太陽、土星、冥王星という主要な目標に向かう軌道に乗せてフライバイを行い、木星に関するデータを収集しました。しかし、木星研究の次の段階は、それほど遠くありませんでした。

ジュノーは2011年8月5日に打ち上げられ、今や到着したことにより、木星に関する私たちの理解を劇的に変えることが期待されています。ジュノーは楕円軌道で木星系を駆け抜け、木星の重力環境、磁場、大気の力学と組成、さらに木星内部、大気、磁気圏の相互作用を測定します。これは、木星の起源と進化を理解するのに役立つ詳細な研究であり、ひいては私たちの太陽系だけでなく遠くの太陽系も説明できるようになります。

天文学者は、巨大惑星が惑星形成において重要な役割を果たしていると考えています。回転するガスと塵の塊が合体して太陽系を形成し始めると、最初にガス巨星が形成されます。ガス巨星は、本来は主星によって吸収または吹き飛ばされるはずだった物質を吸収し、大きくなるにつれてその強力な質量が、誕生間もない小さな惑星を引っ張って、最終的な軌道に影響を与えるほどになります。惑星、小惑星、彗星の一生は、主星によって形作られるのと同じくらい、木星のようなガス巨星によって形作られる可能性があります。

太陽系に関して言えば、現在惑星形成に関する競合する理論は、木星の核の成分について異なる予測を出している。ジュノーはこの組成を測定することで、どの理論が間違っているかを排除し、明確な答えを得られるだろう。また、木星の水と酸素の量を測定することで、ジュノーはこれらの重い元素が若い太陽系にどのように広がったかを明らかにし、生命に必要な元素が地球に到達した経緯を説明するのに役立つ可能性がある。また、木星のような惑星はケプラーなどのミッションで発見される太陽系外惑星の一般的なタイプであるため、私たちのガス巨星を理解することは、科学者に遠方の太陽系を研究するためのベンチマークを与えることになる。私たちのシステムから学んだ教訓を外挿することで、生命を宿すことができるシステムの探索をより絞り込むことができるかもしれない。

木星は見慣れた惑星のように思えるかもしれないが、これは私たちがこの巨大ガス惑星に送った2度目の専用ミッションにすぎない。そして、ジュノーですべてがうまくいけば、科学的な成果は信じられないほどのものになるだろう。

* たくさんの方から質問を受けているので、念のためお知らせしますが、私はジュノーとは全く関係ありませんし、「Jupiter in a Minute」のような番組をやるつもりもありません。今回は外から見ているだけです。 * 追加情報源: NASA パイオニア 10 号と 11 号、NASA ボイジャーが木星に着陸、NSSDC 木星ページ、NSSDC ガリレオの結果、NASA ガリレオ ミッション ページ、NASA ジュノー ミッション ページ、NASA ジュノー、NASA ジュノー プレス キット、NSSDC パイオニア 0。