木星の南極が脈動する光を放つ、科学者は当然ながら困惑している

木星の鮮やかな北極光と南極光は互いに独立して光っており、この発見は科学者たちを驚かせた。

月曜日にネイチャー・アストロノミー誌に掲載された研究結果によると、この巨大ガス惑星のX線放射は北極では不規則で、渦巻く光のパターンは時間とともに明るくなったり暗くなったりする。一方、南極では11分ごとに一定の周期で光が点滅している。

論文の主著者であり、ユニバーシティ・カレッジ・ロンドンおよびハーバード・スミソニアン天体物理学センターの研究者であるウィリアム・ダン氏は、「木星のX線ホットスポットの活動は惑星の磁場を通じて協調していると考えていたため、独立して脈動しているのを観測できるとは予想していませんでした」と述べた。

木星とは異なり、地球のオーロラと南極光の活動は非常に似ており、ほぼ鏡のように対称的です。しかし、隣のガス惑星ではそうではありません。

オーロラのまばゆい輝きは、太陽風から放出された荷電粒子が惑星の磁力線に沿って上層大気へと吹き上げられることで発生します。粒子は大気中のイオンと衝突し、その余分なエネルギーが原子を励起します。そして、それが最終的に電磁波として放射され、オーロラに見られる光を生み出します。

木星の北極光と南極光が独立して形成される理由を説明できる理論の一つは、振動する磁力線が波を生み出し、それが荷電粒子の速度と方向を変えるというものである。

反対端へ向かう粒子の軌道は異なり、さまざまなタイミングで惑星の大気圏に入り、そこでイオンと衝突して、異なるタイミングで光を生成します。

木星のオーロラは特に強く、高エネルギーX線放射を発生します。研究チームは、欧州宇宙機関（ESA）のXMMニュートン衛星とNASAのチャンドラX線観測衛星から得られたデータを用いて、木星のX線放射マップを作成し、各極において放射が集中しているホットスポットを発見しました。

「ホットスポット」

各ホットスポットの大きさは地球の表面積よりも大きく、それぞれ異なる特徴と性質を持っています。北部のホットスポットは、数十メガ電子ボルトのエネルギーを放出するイオンによって生成されています。論文の共著者であり、ランカスター大学の研究者兼講師であるリシア・レイ氏は、放出されるイオンの正確な性質はまだ解明されていないと述べています。

「木星のX線ホットスポットの挙動は、これらのオーロラがどのようなプロセスで生成されるのかという重要な疑問を提起します。太陽風イオンと、木星の衛星イオの火山爆発に由来する酸素イオンと硫黄イオンの組み合わせが関与していることは分かっています。しかし、X線放射の生成におけるこれらのイオンの相対的な重要性は不明です」とレイ氏は説明した。

研究チームは、現在巨大ガス惑星の周りを周回しているNASAのジュノー探査機から得られたデータを用いて、オーロラを生成する物理過程をより詳細に研究したいと考えています。ジュノーにはX線観測機器は搭載されていませんが、研究者たちはXMMニュートンとチャンドラから得られたX線データとジュノーの新しいデータを相関させることで、オーロラ現象をより詳細に研究することができます。

この研究で得られたデータは2016年5月から6月と2007年3月までのものであり、研究者らは、その時期に観察された行動が一般的なものなのか、それとも特異なものなのか確信が持てていない。

「X線の特徴とそれを生み出す物理的プロセスを結び付けることができれば、それらの特徴を使って褐色矮星、太陽系外惑星、あるいは中性子星など、宇宙の他の天体を理解することができるでしょう」とダン氏は述べた。