NASAの航空アニメーションで木星の衛星の滑らかな溶岩湖が沸騰する

NASA のジュノー ミッションの科学者たちは、木星で 3 番目に大きい衛星イオへの 2 回のフライバイで収集した複雑なデータを使用して、この衛星の最も劇的な特徴を強調するアニメーションを作成しました。イオは地球より少し大きく、滑らかな溶岩湖のある山もあります。イオのロキ パテラのような溶岩湖には、冷却された表面の地殻があり、それがゆっくりと厚くなり、下にあるマグマよりも密度が高くなります。その後、沈んで近くの地殻を引き込みます。

2011 年に初めて打ち上げられたジュノーは、2016 年に木星系を探索するミッションを担って太陽系最大の惑星に到着しました。木星系には 95 個の衛星が知られており、そのうち最大の 4 つであるイオ、エウロパ、ガニメデ、カリストはガリレオ衛星と呼ばれています。イオは火山活動が最も活発です。

このアニメーションは、NASA のジュノー宇宙船に搭載されたジュノーカム画像装置からのデータを使用して作成された、木星の衛星イオにある溶岩湖、ロキ・パテラのアーティストによる概念図です。内部に複数の島があるロキは、マグマで満たされ、溶けた溶岩で縁取られた窪地です。クレジット: NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS。

「イオには火山が点在しており、私たちはその活動の様子をいくつか捉えました」とジュノーの主任研究員スコット・ボルトンは声明で述べた。「私たちはまた、ロキ・パテラと呼ばれる全長200キロ（127マイル）の溶岩湖の素晴らしいクローズアップ画像やその他のデータも取得しました。熱い溶岩で縁取られたマグマ湖の真ん中に埋め込まれたこれらの奇妙な島々を示す驚くべき詳細があります。私たちの機器が記録した湖の鏡面反射は、イオの表面の一部がガラスのように滑らかで、地球の火山で生成された黒曜石ガラスを彷彿とさせることを示唆しています。」

この観測結果は4月16日、オーストリア・ウィーンで開催された欧州地球物理学連合総会で発表された。

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ジュノーは2023年12月と2024年2月にイオに非常に接近し、表面から930マイル以内に接近した。探査機はイオの北半球の緯度を初めてクローズアップした画像を入手した。ジュノーのマイクロ波放射計（MWR）機器によって収集されたデータで作成された地図は、イオの表面が木星の他のガリレオ衛星と比較してより滑らかであるが、中緯度よりも寒い極があることを示している。

このアニメーションは、NASAのジュノーに搭載されたジュノーカム画像装置が2023年12月と2024年2月のフライバイ中に収集したデータを使用して作成されたもので、ミッション科学チームが「尖塔山」と名付けた木星の衛星イオの特徴のアーティストによる概念図です。クレジット: NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS

山と極地のサイクロン

ジュノーは通過するたびに木星の北極に近づいていきます。探査機の向きを変えることで、MWR 機器は木星の北極のサイクロンの解像度を向上させることができます。巨大ガス惑星の頂上で発生するこれらの嵐は風速が時速 220 マイルに達することもあり、ジュノーが収集したデータから、すべての極サイクロンが同じではないことが明らかになりました。

「おそらく、この差異の最も顕著な例は、木星の北極にある中心のサイクロンです」とNASAジェット推進研究所のジュノープロジェクト科学者スティーブ・レビン氏は声明で述べた。「赤外線と可視光の両方の画像ではっきりと見えますが、そのマイクロ波の特徴は、近くの他の嵐ほど強くありません。これは、その地下構造が他のサイクロンとは非常に異なっていることを示しています。MWRチームは、軌道ごとにより多くの、より優れたマイクロ波データを収集し続けており、これらの興味深い極地の嵐のより詳細な3Dマップを作成できると期待しています。」

木星にはいったいどれだけの水があるのだろうか？永遠の謎

ジュノーの主な科学的目標の 1 つは、天文学者が木星の水の豊富さをより深く理解するのに役立つデータを収集することです。しかし、チームは液体の水を探しているわけではありません。代わりに、彼らは木星の大気を調査して、水を構成する分子 (酸素と水素) の存在を定量化しています。NASA によると、木星の大気中に存在する酸素と水素の分子の正確な推定は、太陽系がどのように形成されたかという根本的な謎の一部を解明するために不可欠です。

木星は、およそ 45 億年前に形成された最初の惑星であると考えられます。また、太陽系が形成された際に太陽に取り込まれなかったガスと塵の大部分が木星に含まれています。水の豊富さも、木星の気象と内部構造に重要な影響を及ぼします。

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1995年、NASAの探査機ガリレオは木星の水の量に関する初期データを提供したが、そのデータは答えよりも多くの疑問を生み出した。コンピューターモデルが当初示していたこととは反対に、巨大ガス惑星の大気は予想外に高温で、実際には水が不足していることが示されたのだ。

「探査機は素晴らしい科学的成果をあげましたが、そのデータは木星の水の豊富さに関する私たちのモデルからかけ離れており、サンプルを採取した場所が異常値である可能性も考えられました。しかし、ジュノー以前は、それを確認できませんでした」とボルトン氏は語った。「現在、MWRデータによる最近の結果により、木星の赤道付近の水の豊富さは、水素と比較した場合、太陽の豊富さのおよそ3～4倍であることが確定しました。これは、ガリレオ探査機の突入地点が異常に乾燥した砂漠のような地域であったことを明確に示しています。」

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新しい結果は、太陽系形成のどこかの時点で、水氷物質が重元素濃縮の源であった可能性があるという考えを裏付けている。重元素とは、木星が蓄積した水素やヘリウムよりも重い化学元素である。木星の形成は依然として謎に包まれている。というのも、ジュノーがガス巨星の中心核について行った調査結果では、水が非常に少ないことが示唆されているからだ。ガス巨星に H ₂ 0 がどのくらい豊富に存在するかは謎のままだが、ジュノーのミッションによって解決できる可能性がある。

ジュノの今後

ジュノーの残りのミッション期間中のデータは、2つの方法で木星にどれだけの水があるかを判断するのに役立つ可能性があります。科学者は、木星の極地付近の水の豊富さと赤道付近の水の豊富さを比較できるようになります。また、木星の希薄な液体コアの構造をさらに解明できる可能性があります。

ジュノーがイオを最後に通過したのは4月9日で、探査機はイオの表面から約1万250マイルの距離まで接近した。木星への61回目の通過は5月12日に予定されており、2025年9月まで木星とその衛星の探査を続ける予定だ。