インタビュー

木星のオーロラの謎はついに解決しました—そして地球は私たちが思っていたよりもそれらとより多くの共通点を持っています

2025

木星は、夕暮れ後にほとんどのテーマパークに匹敵する方法で点灯します（地球のオーロラは言うまでもありません）が、この魔術の背後には何がありますか？プラズマ。

木星のオーロラの幻想的なX線フレアには、私たちの惑星のオーロラと共通する点がいくつかあります。木星が一時的にすべての人類の文明に電力を供給するのに十分なエネルギーを放出することを除いて、それらは両方とも振動する磁力線によって引き起こされます。地球版の現象とは異なり、木星はX線でしか光らないため、私たちには見えません。これらは磁場と関係がありました。今、私たちは何を知っています。

中国科学院の惑星科学者ZhonghuaYaoとUniversityCollegeLondonのWilliamDunnが共同で率いる研究チームは、最近発表された研究でついにそれを呼びました。 サイエンスアドバンシス。 以前に知られていたのは、イオンが木星の大気と衝突したときにオーロラが発生し、その磁力線の間にプラズマがあるということでした。八尾は、これらの磁力線がプラズマ内の波をトリガーすると、これらのイオンが大気中に衝突し、X線の形でイオンを放出することを発見しました。

重要な問題は、何が定期的にイオンを木星の大気に衝突させることができるかということでした、と八尾はSYFYWIREに話します。次に、問題は次のようになりました。縦波とイオン沈殿はどのように関連していますか？電磁イオンサイクロトロン波は、理論的なプラズマ物理学からの理想的な接続です。

ほんの一瞬バックアップします。すぐに電磁イオンサイクロトロン波に到達します。しかし、最初に、観察。

八尾と彼のチームは、木星探査機ジュノとXMM-Newton宇宙天文台からのデータを使用して、これらのほぼSF現象の背後にある科学を解明しました。 XMM-Newtonは、世の中で最も先進的なX線天文台の1つです。木星の極から放出されるX線の数を取得するのに十分な速さで、これらの放出の短期間の変動の詳細を明らかにすることができます。 X線が脈動する頻度は、最終的に答えにつながる1つのヒントでした。プラズマ電磁波またはマゼント流体力学的波は、磁力線に沿って数十分で伝わります。

X線オーロラの脈動を磁気振動と比較し続けることで、木星の磁気圏全体が時間内に振動しているかどうか、またはこれが場所によって異なるかどうかを知ることができます、とダンは言います。

画像クレジット：X線：NASA / CXC / UCL / W.Dunn et al、Optical：South Pole：Credits：NASA / JPL-Caltech / SwRI / MSSS /GeraldEichstädt/SeánDoranNorthPoleCredit：NASA / JPL-Caltech / SwRI / MSSS

磁場の乱れが考慮され、チームは、彼らが見ているマゼント流体力学的波がX線のパルスと整列していることに気づきました。これらは圧縮されたマゼント流体力学的波でした。彼らは次のように動作しました縦波、それらが移動する方向に平行な振動を経験し、プラズマである媒体（間の空間の物質）でのみ伝播することができます。 NS 周期性、または特定の期間内に現象が繰り返し発生することは、XMM-NewtonとJunoの両方の観測で確認されました。それは、起こっていることのコンピューターモデルを作成するために必要な証拠でした。

Junoによって測定された圧縮波とXMM-Newtonによって測定されたX線脈動の間の一貫した周期性が重要な証拠であるとYaoは言います。 X線の26時間の継続的な観測の間、2つのデータセットが利用可能であったとき3つの間隔がありました。一貫した周期性が偶然である可能性は非常に低いです。

驚いたことに、木星のオーロラは私たちが思っていたよりも地球に近いです。私たちの惑星のオーロラは、木星で起こることと同じようにプロセスを経ます。太陽風が荷電粒子を吹き込むと、それらは私たちの磁場にぶつかり、まるで宇宙のジェットコースターに乗っているかのように極に向かって速度を上げます。その後、それらは大気中の分子に粉砕され、イオン化電子を獲得または喪失し、壮観な光のショーを開始することによって。木星では、パーマネントのように、オーロラはより強烈です。これは、粒子が太陽ではなく、絶えず噴出する月のイオの火山性二酸化硫黄に由来するためです。

今について電磁イオンサイクロトロン（EMIC）波地球上のオーロラとも関係があります。 NS サイクロトロン交流電場が荷電粒子を加速すると形成され、同時に磁場内のらせん状または円形の経路の周りを旋回します。これらの波は磁化プラズマに見られ、最も近いサイクロトロンに近い電磁エネルギーを放出します。八尾は、この知識を他の惑星や衛星の将来の調査に利用することを楽しみにしています。

土星、天王星、海王星はすべて、体系的な圧縮波を駆動し、イオン分布を変調し、イオンを散乱させて惑星大気に沈殿させる可能性のある電磁イオンサイクロトロン波を励起する可能性があります」と彼は言います。「重イオンを生成できるプロセスは、火山活動だけではありません。土星の衛星エンケラドゥスの水蒸気の大きなプルームは、火山イオンとそれほど変わらない水グループイオンを生成します。

重要なのは、木星の磁気圏のイオンは、他の物体の磁気圏に見られるイオンよりもはるかに高エネルギーであるため、ライトスケープ全体を期待しないでください。土星のような他のガス巨人は、X線オーロラさえ生成しないかもしれません。それでも、これは特殊効果が宇宙でどのように作成されるかについての魅力的な見方です。

木星のオーロラパルスは、グローバルプロセスの特徴ですか、それともジュノがこれまでに探索した場所で見られる小さなローカライズされたプロセスですか？まだわかりません、とダンは言います。 Junoが木星周辺の環境をどんどん探索していくにつれて、私たちはこれに答えられるようになることを願っています。