驚くべきことに、木星と地球の嵐には共通点がある

巨大ガス惑星である木星は、地球から4億5200万マイルも離れており、大きさは地球の11倍以上だが、少なくとも1つの点で似ている。この巨大な惑星の悪名高い嵐の背後にある地球物理学的力の一部は、地球のものと似た動きをする。新たな研究によると、木星の極地で渦巻く嵐は、地球の大気と海洋を研究する物理学者に知られているプロセスによって発生している。この研究結果は、6月6日にネイチャー・フィジックス誌に掲載された論文で説明されており、地球上での同様の気象プロセスを理解する新たな方法を提供している。

木星の嵐

サンディエゴ大学スクリップス海洋研究所の物理海洋学者リア・シーゲルマン氏は、2018年に初めてこの関連性に気づいた。同氏は、地球上の海洋の乱流と木星の巨大なサイクロンの画像の間にいくつかの類似点があることに気づいた。

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シーゲルマン氏によれば、空気と水はどちらも物理学では流体とみなされているため、木星のような巨大ガス惑星に海洋の物理的力学を適用することは、見た目ほど突飛なことではないという。

「木星は基本的にガスの海だ」とシーゲルマン氏は声明で述べた。

2022年、シーグルマン氏と彼女のチームは、この最初の観察に基づいた研究を発表しました。彼らはNASAのジュノー宇宙船が撮影した木星のサイクロンの高解像度赤外線画像を分析し、地球で発生するのと同様のタイプの対流が木星の嵐を維持するのに役立っていることを発見しました。これらの大渦は数千マイルの幅があり、何年も続くことがあります。惑星の特徴的な大赤斑は300年以上も猛威を振るっています。この最初の研究は木星のサイクロンに焦点を当てていましたが、チームはサイクロンのガス渦の間にあるかすかな巻きひげや糸にも興味をそそられました。

フロントとフィラメント

新しい研究で、研究チームはこれらのフィラメントに注目した。彼らは、木星のサイクロンの間にあるこれらの細い巻きひげが対流と連携して、木星の巨大な嵐を促進し、維持していることを発見した。具体的には、フィラメントは海洋学者や気象学者が前線と呼ぶものにいくらか似ている。前線とは、温度などのさまざまな特性の違いにより密度が異なるガスまたは液体の塊の境界のことである。地球では、これらは「温暖前線」または「寒冷前線」であり、天気予報でほぼ毎日言及されている。前線の主な特徴の 1 つは、前縁が風や海流を生み出すことができる強い垂直速度を持っていることである。

木星のサイクロン間の糸状の構造の役割をより深く理解するため、シーゲルマン氏はNASAジェット推進研究所、カリフォルニア工科大学、エコール・ノルマル・シュペリュールの共著者パトリス・クライン氏と共同研究を行った。彼らは、ジュノーが30秒間隔で撮影した木星の北極地域の一連の赤外線画像を調べた。探査機に搭載された赤外線カメラにより、チームは温度を計算することができた。画像の明るい部分はより暖かく、暗い部分はより冷たいことが分かった。木星では、大気のより熱い部分はより薄い雲に対応していた。冷たい部分はより厚い雲の覆いを表し、惑星の非常に熱い中心核から発せられる熱をより多く遮っている。次に、チームは30秒間隔で雲と糸状構造の動きを追跡し、水平風速を計算した。

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彼らは垂直風速を計算し、フィラメントが実際に地球の前線と似た動きをしていることを確認しました。木星の前線の端にある垂直風速は、前線が惑星の熱い内部から上層大気に熱という形でエネルギーを輸送する役割を担っていることを意味しています。これが巨大なサイクロンを発生させるのです。対流が主な原動力ですが、前線は木星のサイクロンの約 25 パーセントと惑星の垂直熱輸送の 40 パーセントの原動力となっています。

「木星の両極にあるこれらのサイクロンは、2016年に初めて観測されて以来、ずっと続いています」とシーゲルマン氏は言う。「大きな渦の間のフィラメントは比較的小さいですが、サイクロンを持続させる重要なメカニズムです。地球と木星に前線と対流が存在し、影響を与えているというのは興味深いことです。これは、これらのプロセスが宇宙の他の乱流流体体にも存在する可能性があることを示唆しています。」