100年に一度の嵐が巨大ガス惑星に対する私たちの理解を揺るがす

カッシーニは、7 年間にわたる冬至のミッション中、巨大な嵐が発生し、土星を取り囲むのを観察しました。 科学者らは、このような嵐は土星の大気に対する太陽光の季節的影響と部分的に関係していると考えている。 画像クレジット: NASA/JPL-カリフォルニア工科大学/宇宙科学研究所

巨大な嵐は土星の大気に何世紀にもわたって痕跡を残します。

研究者らは長周期の巨大嵐を発見した 土星、 と類似しています 木星アンモニアガスの電波放射と擾乱を研究することによる大赤斑。 この研究は、巨大ガス惑星間の大気の大きな違いを明らかにし、巨大嵐に関する現在の理解に疑問を投げかけ、系外惑星に関する将来の研究に影響を与える可能性のある新たな洞察を提供します。

大赤斑と土星の新発見

太陽系最大の嵐である大赤斑として知られる幅 10,000 マイルの高気圧は、数百年にわたって木星の表面を飾り続けてきました。

新しい研究により、土星は木星のカラフルな外観に比べて見た目は控えめだが、巨大で長く続く嵐もあることが明らかになった。 これらの嵐は大気中に何世紀にもわたって深刻な影響を及ぼします。

研究方法

研究は天文学者によって行われました カリフォルニア大学バークレー校そしてミシガン大学アナーバー校。 彼らは、地表下から発生する地球からの電波放射を調査し、アンモニアガスの分布における長期的な乱れを発見しました。

この研究は8月11日付けの雑誌に掲載される 科学の進歩。

土星の電波画像は 2015 年 5 月に VLA で撮影され、大気中の異なる緯度帯間のより暗い電波放射のコントラストを強調するために、土星とその環からのより明るい電波放射が差し引かれました。 アンモニアは電波を遮断するため、明るい特徴はアンモニアが枯渇しており、VLA が大気の奥深くまで見える領域を示しています。 北緯にある広く明るい帯は、2010 年の土星の嵐の余波で、氷のアンモニア雲の下にアンモニア ガスが枯渇したようで、それが私たちの肉眼で見えるものです。 クレジット: RJ Sault と I. de Pater

巨大嵐の性質

巨大嵐は土星で約 20 ～ 30 年ごとに発生し、地球のハリケーンに似ていますが、はるかに大きいです。 しかし、地球のハリケーンとは異なり、大規模な嵐が土星の大気で起こる理由は誰にも分かりません。土星の大気は主に水素とヘリウムであり、微量のメタン、水、アンモニアも含まれています。

「太陽系最大の嵐のメカニズムを理解することで、ハリケーン理論がより広い宇宙の文脈に位置づけられ、私たちの現在の知識に疑問を投げかけ、地上気象学の限界を押し広げることになる」と筆頭著者で元UCLA 51 Peg bフェローのチェン・リー氏は述べた。 バークレーに戻り、現在はミシガン大学の助教授を務めています。

探索とツール

カリフォルニア大学バークレー校の天文学および地球惑星科学の名誉教授であるイムケ・デ・ペイター氏は、ニューメキシコ州にあるカール・G・ジャンスキー超大規模アレイを使用して、巨大ガス惑星の組成とそのユニークな理由をより深く理解するために40年以上研究してきました。地球の奥深くからの電波放射を調査します。

視野では、土星の縞模様の大気が色から色へと滑らかに変化しているように見えます。 しかし、ここで電波の光で見ると、VLA データを土星のカッシーニ画像に重ねて見ると、バンドの独特の性質が明らかです。 科学者たちは、ガス巨人の大気中のアンモニアをより深く理解するためにVLAデータを使用し、巨大な嵐がアンモニアを上層大気から下層大気へ輸送することを学びました。 クレジット: S. Dagnello (NRAO/AUI/NSF)、I. de Pater 他 (UC Berkeley)

「電波の波長で、私たちは巨大惑星の目に見える雲層の下を探査します。化学反応や力学によって惑星の大気の組成が変化するため、惑星の真の大気の組成を制約するには、これらの雲層の下での観測が必要であり、これが鍵となります」惑星形成モデルのパラメータ。」 「電波観測は、巨大惑星の大気中の熱伝達、雲の形成、対流などの動的、物理的、化学的プロセスを地球規模と局所規模の両方で特徴づけるのに役立ちます。」

驚くべき結果

新しい研究で報告されているように、カリフォルニア大学バークレー校の大学院生クリス・モッケル・デ・パター氏は、地球からの電波放射に驚くべきこと、つまり大気中のアンモニア濃度の異常を発見し、これが半球で過去に起きた大規模嵐と関係があると研究者らは考えた。惑星の。

アンモニア濃度と大気の違いへの影響

研究チームによると、アンモニア濃度は、アンモニアと氷で構成される雲の上層よりも低い中高度では低いが、大気圏の深さ100～200キロメートルの低高度では濃縮されるという。 彼らは、アンモニアは沈殿と再蒸発のプロセスを通じて上層大気から下層大気へ輸送されると考えています。 さらに、この効果は何百年も続く可能性があります。

土星と木星の比較

この研究ではさらに、土星と木星はどちらも水素ガスでできているが、これら 2 つの巨大ガス惑星は著しく異なることが明らかになりました。 木星には対流圏異常がありますが、それらはその領域 (白い帯) と帯 (暗い帯) によって制限されており、土星の場合のように嵐によって引き起こされるものではありません。 隣接する巨大ガス惑星間の大きな違いは、巨大ガス惑星や他の惑星における巨大嵐の形成に関する現在の理解に疑問を投げかけています。 また、将来、これらの嵐が系外惑星でどのように発見され、調査されるかにも影響を与える可能性があります。

参考文献：「土星の巨大嵐の深層長期的影響」Cheng Li、Emke de Pater、Chris Moeckel、RJ Salt、Brian Butler、David de Boer、Zhiming Zhang著、2023年8月11日、ここから入手可能。 科学の進歩。
DOI: 10.1126/sciadv.adg9419

国立電波天文台 (NRAO) は国立科学財団の施設であり、Associated Universities Inc. による協力協定に基づいて運営されています。