科学者たちは、木星のオーロラの驚くほど強力なX線に関する40年の謎を解き明かします

研究チームは、木星が数分ごとに驚くべきX線のバーストを生成する方法の数十年前の謎を解決しました。

UCL（University College London）が率いる研究チームは、木星が数分ごとに驚くべきX線のバーストを生成する方法についての数十年前のパズルを解きました。

X線は木星のオーロラの一部です-荷電粒子が惑星の大気と相互作用するときに発生する可視光と不可視光のバーストです。 同様の現象が地球でも発生し、オーロラが発生しますが、木星ははるかに強力で、数百ギガワットのエネルギーを放出し、人類の文明に短時間電力を供給するのに十分です。 *

で公開された新しい研究では 科学の進歩研究者たちは、現在惑星を周回しているNASAのJuno衛星による木星の環境のクローズアップ観測と、欧州宇宙機関のXMM-Newton天文台（地球軌道）からの同時X線測定を組み合わせました。

UCLと中国科学院が率いる研究チームは、X線フレアが木星の磁力線の周期的な振動によって引き起こされていることを発見しました。 これらの振動はプラズマ（イオン化ガス）の波を作り出し、重イオン粒子が惑星の大気と衝突するまで磁力線に沿って「サーフィン」し、X線の形でエネルギーを放出します。

NASAのJuno衛星とNASAのチャンドラX線望遠鏡からの木星の極のオーバーレイ画像。 左は、北極のJunoCam可視画像に木星のオーロラ（マゼンタ）X線を投影したものです。 右は南側を示しています。 クレジット：NASAチャンドラ/ジュノウォーク/ダン

共同主執筆者のウィリアム・ダン博士（UCLマラード宇宙科学研究所）は次のように述べています。「木星が40年間X線オーロラを生成するのを見てきましたが、それらがどのように発生したかはわかりませんでした。惑星の大気と衝突した。」

「これらのイオンがプラズマ波によって輸送されることがわかった。これまで提案されていなかった説明であるが、同様のプロセスで地球独自のオーロラが生成される。したがって、これは地球規模の現象であり、宇宙のさまざまな環境に存在する可能性がある。」

X線オーロラは、木星の北極と南極で発生し、多くの場合、定期的な時計仕掛けで発生します。この観測中、木星は27分ごとにX線のバーストを生成していました。

大気に衝突する荷電イオンの粒子は、木星の月であるイオの巨大な火山から宇宙に流れ込む火山ガスに由来します。

このガスは、木星のすぐ近くの環境での衝突によってイオン化され（その原子から電子が取り除かれ）、惑星を取り囲むプラズマのドーナツを形成します。

天文学者は、木星の磁場が圧縮される方法を初めて見ました。これは、粒子を加熱し、磁力線に沿って木星の大気に導き、X線オーロラを生成します。 通信は、NASAのJunoミッションからの現場データとESAのXMM-Newton機器からのX線観測を組み合わせることによって行われました。 クレジット：ESA / NASA / Yao / Dunn

共同主執筆者のZhonghuaYao博士（中国科学院、北京）は次のように述べています。「この基本的なプロセスを特定したので、次に研究できる可能性はたくさんあります。同様のプロセスが天王星の土星周辺で発生する可能性があります。ネプチューン、そしておそらく太陽系外惑星の周り。また、さまざまな種類の荷電粒子が波を「サーフィン」しています。

共著者のGraziellaBrandoardi-Raymont教授（UCLA宇宙科学研究所）は次のように述べています。「X線は通常、ブラックホールや中性子星などの非常に強力で暴力的な現象によって生成されるため、惑星だけでも生成されるのは奇妙に思えます。

「ブラックホールは宇宙旅行を超えているため、訪れることはできませんが、木星がすぐそばにあります。木星が周回しているジュピターにより、天文学者はX線を間近で生成する環境を研究する素晴らしい機会を得ることができます。」

新しい研究のために、研究者たちは木星とその周辺環境の観測を、Juno衛星とXMM-Newton衛星による26時間にわたって継続的に分析しました。

彼らは、ジュノによって検出されたプラズマの波と、XMM-ニュートンによって記録された木星の北極のオーロラX線フレアとの間に明確な相関関係があることを発見しました。 次に、コンピューターモデリングを使用して、波が重い粒子を木星の大気に押し込むことを確認しました。

磁力線が周期的に振動する理由は明らかではありませんが、振動は太陽風との相互作用または木星の磁気圏内の高速プラズマ流に起因する可能性があります。

木星の磁場は非常に強く（地球の約2万倍）、そのため、この磁場によって制御される領域である磁気圏は非常に大きくなっています。 それが夜空に見えるとしたら、それは私たちの月の数倍の大きさの領域をカバーするでしょう。

この作業は、中国科学院、中国国家自然科学基金、英国科学技術施設評議会（STFC）、王立学会、自然環境研究評議会、および欧州宇宙機関とNASAによってサポートされました。

*木星のX線オーロラだけでギガワットを放出します。これは、単一の発電所が数日間にわたって生成するものに相当します。

参照：2021年7月9日 科学の進歩。
DOI：10.1126 / sciadv.abf0851