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水星の巨大なコ

Posted by moonrainbow on 29.2021 太陽系   0 comments   0 trackback
約8割を占める水星の巨大なコア、その形成の謎について新説が登場

水星の画東北大学は7月5日、William F. McDonough 教授や吉崎 昂さんなどからなる研究チームが「全体の7割~8割を占める水星の巨大なコアがどのようにして形成されたのか」について新説を提唱したと発表しました。

水星の直径は4879kmほどありますが、その7割~8割を鉄などからなる金属製のコアが占めています。ちなみに、地球のコアは全体の5割ほどを占めているにすぎません。

では、なぜ水星のコアはこのように巨大なのでしょうか?

この点、これまで巨大な天体の衝突によって水星の表面を覆っていた岩石層が剥ぎ取られてしまった結果ではないかと考えられてきました。

ところが、NASAの水星探査機メッセンジャーの観測から、水星の表面は蒸発しやすいカリウム、塩素などの元素を含む岩石でできていることが解りました。もし、巨大な天体の衝突によって水星の表面を覆っていた岩石層が剥ぎ取られてしまったのならば、このような蒸発しやすい元素はその衝突によって蒸発し失われてしまったはずです。

そこで、研究チームが注目したのが、原始太陽系円盤内に存在した原始太陽が生み出した強い磁場です。

原始太陽に近づけば近づくほどこの磁場は強くなるわけですが、磁場が強くなればなるほど選択的に金属が天体に取り込まれやすくなることが解っています。

研究チームによれば、この考え方に基づくモデルによって、巨大な天体の衝突なしに水星の巨大なコアを説明できるだけではなく、地球型惑星のコアから小惑星の密度のバリエーションまで包括的に説明できるといいます。ちなみに天体に含まれている金属の比率が高くなればなるほど、天体の密度も高くなります。

地球では、金属製のコアは溶解することによって地磁気を生み出し、私達生命を有害な宇宙線から守ってくれています。研究チームでは、今回の研究成果は、天体おける生命の生存可能性を考えていくうえでも、重要なヒントを与えるものになるだろうと考えています


Image Credit: NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Carnegie Institution of Washington

2021-07-22
Soraeより

木星のオーロラのメカニズム

Posted by moonrainbow on 28.2021 太陽系   0 comments   0 trackback
木星の明滅するX線オーロラのメカニズム

木星のオーロラ
ハッブル宇宙望遠鏡がとらえた木星のオーロラ。可視光線画像と紫外線画像を合成(提供:NASA / ESA / J. Nichols (University of Leicester)

木星で見られるX線オーロラおよびその明滅のメカニズムが、地球軌道上のX線天文衛星XMM-ニュートンと木星探査機ジュノーの連携観測で明らかになった


太陽系最大の惑星である木星でも、南北両極付近ではオーロラが発生する。衛星の一つイオの火山から運ばれてきた荷電粒子が木星の大気に衝突することがオーロラの原因であることはわかっているが、そもそも粒子がどうやって大気へ突入するに至るかについては未解明だった。)

木星と地球のオーロラは、どちらも惑星の磁場によって極圏へ運ばれた荷電粒子が大気と衝突する現象である点では同じだが、いくつかの点で大きく異なる。

地球の場合、オーロラが見られるのは緯度65~80度付近で、南北の磁極を取り巻くドーナツ状の領域だ。地球磁場の磁力線はだいたいこれらの地域から外へ突き出て、南北をつないで地球を包むような閉じた形をしている。磁極のすぐ近くから出る磁力線は太陽風による磁場とつながってしまうため外へ開いていて、磁気圏から荷電粒子が運ばれないのでオーロラは少ない。一方、木星の磁力線は南北が完全につながった閉じた磁力線であり、両極でもオーロラは見られる。

また、木星の場合は南極と北極でオーロラの現れ方が異なることもある。特にX線でオーロラを観測すると周期的に明滅することがある点も注目されている。

中国科学院地質・地球物理研究所のZhonghua Yaoさんたちの研究チームはこうした特徴に注目し、シミュレーションによってX線オーロラの明滅が木星の閉じた磁場と関係していることを示唆する結果を得ていた。これを検証するため、ヨーロッパ宇宙機関のX線天文衛星「XMMニュートン」とNASAの木星探査機「ジュノー」により遠近からの同時観測が実施された。

XMMニュートンは2017年7月16日から17日にかけて26時間連続で木星を観測し、27分周期で明滅するX線オーロラをとらえた。このときジュノーは木星上で夜明け前となる領域の上空62~68木星半径(1木星半径は71,492km、地球半径の約11倍)を飛行していた。シミュレーションによれば、ここがオーロラの明滅を引き起こす上で鍵となる領域だった。

この観測により、X線オーロラの明滅が木星磁場の変動に伴うものだったことが明らかになった。木星の自転に伴い、磁場も引きずられるように回転する。木星で朝を迎えるとき、上空では太陽風がぶつかって磁場が圧縮されるのだ。その結果、磁場に閉じ込められていた荷電粒子が加熱される。これが引き金となって、電磁イオンサイクロトロン波動(EMIC波動)と呼ばれる電波が生じる。そうして磁場内の荷電粒子(イオン)はEMIC波動に運ばれ、磁場に沿って移動して大気にぶつかり、X線オーロラとなるのである。

「ジュノーのデータには、見事に一連の出来事が見えています。磁場の圧縮が見えて、EMIC波動が引き起こされるのが見え、イオンが見えて、磁力線に沿って脈打つようにイオンが移動するのが見えます。その数分後に、XMMニュートンからは爆発的なX線放射が見えるのです」(英・ユニバーシティ・カレッジ・ロンドン ムラード宇宙科学研究所 William Dunnさん)


Jupiter's mysterious X-ray aurorae explained


木星のX線オーロラ発生の様子を描いた動画。磁場の圧縮が起こり、その磁場内で粒子が加熱されて、磁力線に沿って移動し大気へ突入することで、X線オーロラが発生する(提供:ESA/NASA/Yao/Dunn)

今回明らかになったX線オーロラのメカニズムは、木星以外の天体にも応用できるかもしれない。たとえば土星では衛星エンケラドスの氷火山から噴出した水が土星の磁場をイオンで満たしている。「これは、土星、天王星、海王星、そしておそらく系外惑星にも適用できる基本的なプロセスです」(Yaoさん)

2021年7月16日
AstroArtsより

太陽圏の3D地図を作成

Posted by moonrainbow on 01.2021 太陽系   0 comments   0 trackback
太陽圏の3D地図を実際の観測に基づいて作成することに初めて成功

太陽圏(heliosphere)のイラスト
【▲ 太陽圏(heliosphere)のイラスト。外側から、ヘリオポーズ(heliopause)、ヘリオシース(heliosheath)、終端衝撃波(termination shock)となる(Credit: NASA/Goddard/Walt Feimer)】

アメリカのロスアラモス国立研究所は6月11日、ロスアラモス国立研究所のダン・ライゼンフェルドさん率いる研究チームが、太陽圏の3D地図を実際の観測に基づいて作成することに成功したと発表しました。実際の観測に基づいて太陽圏の3D地図が作成されたのはこれが初めてとなります

■太陽圏とは?

太陽圏 (heliosphere) とは太陽風が到達する範囲をいいます。

太陽風は、星間物質と衝突すると、終端衝撃波(termination shock)を発生させつつ、星間物質と交じり合いながらさらに進み、最終的には星間物質と完全に交じり合います。この太陽風が星間物質と完全に混じり合う境界をヘリオポーズ(heliopause)、ヘリオポーズと終端衝撃波の間の領域をヘリオシース(heliosheath)といいます。

太陽圏と星間空間の境界はヘリオポーズということになります。

このような太陽圏の境界について、これまで物理モデルを使って理論的に追及されてきましたが、実際の観測に基づいて3D地図が作成されたのはこれが初めてとなります


■どのようにして太陽圏の3D地図を作成したの?

今回作成された太陽圏の3D地図
【▲ 今回作成された太陽圏の3D地図。(Image Credit:Los Alamos National Laboratory)】

研究チームによれば、今回研究チームが取った方法はコウモリが周囲の状況を知る方法とよく似ているといいます。コウモリは超音波を出し、跳ね返ってきた超音波から、周囲の状況を知ります。

このような超音波にあたる太陽風が星間物質と衝突すると、高エネルギー中性原子の流れが返ってきます。この高エネルギー中性原子の流れは太陽風が観測されてから2~6年ほどで返ってきますが、この高エネルギー中性原子の流れが返ってくるまでにかかった時間から、高エネルギー中性原子の流れが発生した領域までの距離が解るというわけです。ちなみに、高エネルギー中性原子の流れの強弱のバターンは、それを発生させた太陽風の強弱のパターンと同じなので、どの太陽風が返ってきたのか解ります。

研究チームは、NASAのIBEX(Interstellar Boundary Explorer)衛星の2009年から2019年を通しての完全な1太陽周期に相当する高エネルギー中性原子の観測データを使って、今回の太陽圏の3D地図を作成することに成功しました。

今回の3D地図によれば、太陽は天の川銀河のなかを公転していますが、その進行方向に向かって、太陽圏の広がりは、120AUほど(1AU=太陽と地球の平均距離)、その反対方向には、少なくとも350AUほどになります。太陽圏は後方に吹き流されたような形になっています。

研究チームによれば、今回の研究成果によって、太陽と星間物質の相互作用について、よりよく理解することができるようになるだろうとしています


image Credit: NASA/Goddard/Walt Feimer/Los Alamos National Laboratory

2021-06-26
Soraeより

金星探査ミッション「DAVINCI+」(ダヴィンチプラス)

Posted by moonrainbow on 16.2021 太陽系   0 comments   0 trackback
金星の大気分析や地表の撮影を予定! NASAの新たな金星探査ミッション「DAVINCI+」

「DAVINCI_」のプローブを描いた想像図
【▲ 降下の最終段階にある「DAVINCI+」のプローブを描いた想像図(Credit: NASA GSFC visualization by CI Labs Michael Lentz and others)】

地表の温度は摂氏約460度、気圧は約90気圧。自転周期は約243日、1日の長さ(1太陽日)は約116.8日。直径と質量は似ているものの、金星の環境は地球とは大きく異なります

アメリカ航空宇宙局(NASA)は6月3日、低予算かつ迅速に優れた成果が期待される「ディスカバリー計画」において、2件の金星探査ミッションが採用されたことを発表しました。そのうちの1つ、金星の大気にプローブを降下させる「DAVINCI+」(ダヴィンチプラス)の内容を、NASAのゴダード宇宙飛行センターが紹介しています

■打ち上げ2年後にプローブが金星の大気へ降下して観測を実施

ゴダード宇宙飛行センターのJames Garvin氏が率いる「DAVINCI+」(Deep Atmosphere Venus Investigation of Noble gases, Chemistry, and Imaging Plus)は、大気に突入して地表まで降下するプローブと、宇宙からの観測およびプローブの運搬を担う探査機本体を用いて、金星の大気と地表を探査するミッションです。

DAVINCI+の探査機は2029年の打ち上げと2回の金星フライバイが予定されています。打ち上げから約2年後の2031年にプローブが金星の大気圏へ突入し、南半球にある「アルファレジオ」と呼ばれる高地の地表に到達するまでの約1時間に渡り観測を行います。NASAとしては1994年にミッションを終えた「マゼラン」以来、およそ35年ぶりに実施される金星探査ミッションのひとつとなります。

DAVINCI+による金星探査は、かつての金星が生命の居住可能な惑星だったかどうかを判断することと、金星と地球がいかにして異なる運命を辿ったのかを理解することを目的としています。今でこそ生命など存在し得ないように思える金星ですが、かつてその地表には何十億年にも渡って海が存在していた可能性が指摘されており、何らかの理由で引き起こされた暴走温室効果によって気温が上昇し、海が蒸発してしまったのではないか……という仮説が立てられています


海が存在していた可能性
【▲ 古代の金星では画像のように海が存在していた可能性が指摘されている(Credit: NASA)】

「気候変動と居住可能性の進化、そして長期間存在した海が失われたときに起きたこと。金星はこれらの記録を読み解くための『ロゼッタストーン』なのです」と、ミッションを率いるGarvin氏は語ります。「ですが、すべての手がかりは分厚く不透明な大気のカーテンに隠されています。金星の地表探査は条件が過酷で難しく、最高のツールを革新的な方法で持ち込むために賢くなければなりません。だからこそ私たちは、レオナルド・ダ・ヴィンチの発想と先見の明にちなみ、ミッションを『DAVINCI+』と名付けたのです」(Garvin氏)

金星の大気へ降下するプローブに搭載される観測装置は、質量分析計「VMS」(Venus Mass Spectrometer)、波長可変レーザー分光計「VTLS」(Venus Tunable Laser Spectrometer)、大気構造観測装置「VASI」(Venus Atmospheric Structure Investigation)、そして撮像装置「VDI」(Venus Descent Imager)の4つです。VMSとVTLSは、金星大気の上層から下層に至る断面全体の大気組成を分析。VASIは高度約70kmから地表までの気圧・気温・風のデータを過去のミッションと比べて10倍かそれ以上の解像度で取得します。プローブが分厚い雲の下に到達すると、VDIがアルファレジオの上空からの画像を近赤外線の波長で数百枚取得します。アルファレジオは「テッセラ」という地形のひとつで、周囲の平原と比べて標高が約3000mほど高く、古代の大陸の名残である可能性もあるといいます。

また、プローブを運ぶ探査機本体にも、4つのカメラで構成された「VISOR」(Venus Imaging System from Orbit for Reconnaissance)と呼ばれる観測装置が搭載されます。カメラのうち1つは紫外線の波長で金星大気中の雲の動きを追跡。残る3つのカメラは近赤外線の波長で夜側の地表面からの熱放射を捉え、地域的な規模で地表の組成を特定します。岩石の組成は水の影響を受けることがあるため、VISORの観測データからは古代の金星において海が地殻をどのように形成したかについての手がかりが得られるといいます。また、VISORは金星北半球の高緯度にある「イシュタル大陸」の最初の組成地図をもたらします


■太陽系外惑星における生命の居住可能性を探る研究にも貢献

探査機から切り離されて金星の大気に突入
【▲ 探査機から切り離されて金星の大気に突入・降下するプローブの各段階を描いた想像図(Credit: NASA GSFC visualization by CI Labs Michael Lentz and others)】

DAVINCI+の成果がもたらす影響は太陽系外惑星にも及びます。「金星は『裏庭の系外惑星』です。金星の観測データは金星のような系外惑星を解釈するためのコンピューターモデルを改善し、遠く離れた類似する世界を理解する上で役立ちます」と、DAVINCI+の副主任研究員を務めるゴダード宇宙飛行センターのGiada Arney氏は語ります。

これまでに4300個以上が見つかっている系外惑星のなかには金星に似た惑星も存在するとみられており、今年後半に打ち上げ予定の宇宙望遠鏡「ジェイムズ・ウェッブ」による観測も期待されていますが、特に惑星が分厚い雲に包まれている場合は解釈が難しくなるかもしれないといいます。

「もしも過去の金星が生命の居住可能な惑星だったとしたら、金星に似た系外惑星のなかにも生命が居住可能な惑星があるかもしれません。この宇宙で生命の居住可能な惑星がどのように分布し、時が経つにつれてどのように進化するのかをより深く理解する上で、DAVINCI+による金星探査は役立つかもしれません」(Arney氏)

金星といえば、大気からホスフィン(リン化水素、PH3)が検出されたとする研究成果が2020年に発表されました。木星や土星では高温・高圧な内部で非生物的な過程で生成されたとみられるホスフィンが検出されていますが、地球の自然界におけるホスフィンは嫌気性の微生物によって生成される生命活動に由来する物質です。地球や金星のような岩石惑星において生物が関与せずにホスフィンが生成される過程は知られていないことから、報告されたホスフィンの検出は生命の存在を示している可能性もあるとして注目されています。

すぐ近くにありながらも理解できていないことが多い金星にプローブを送り込むDAVINCI+、ミッションの開始が今から楽しみです。なお、同時に選ばれたもう1つの金星探査ミッション「VERITAS」については、昨年NASAのジェット推進研究所(JPL)がその内容を紹介しています


Image Credit: NASA GSFC visualization by CI Labs Michael Lentz and others

2021-06-10
Soraeより

小惑星「プシケ」

Posted by moonrainbow on 15.2021 太陽系   0 comments   0 trackback
NASAが探査予定の小惑星「プシケ」予想ほど金属の含有量は多くない可能性

小惑星プシケを描いた想像図
【▲ 小惑星プシケを描いた想像図(金属と岩が大まかに分かれていると想定)(Credit: NASA/JPL-Caltech/ASU/Peter Rubin)】

アリゾナ大学のDavid Cantillo氏らの研究グループは、ほとんど金属でできていると考えられている小惑星「プシケ」(16 Psyche)について、従来の予想と比べて金属の含有量がやや少なく、平均密度も予想より低い可能性を示した研究成果を発表しました

■実際のプシケはラブルパイルに近い小惑星かもしれない

プシケは火星と木星の間にある小惑星帯に位置する小惑星で、平均的な直径は226kmとされています。宇宙航空研究開発機構(JAXA)の小惑星探査機「はやぶさ2」がサンプルを採取した小惑星「リュウグウ」の直径が約900mとされているので、同じ小惑星といえどもプシケはリュウグウのおよそ250倍の大きさがあることになります。

冒頭でも少し触れたように、プシケは鉄やニッケルといった金属が豊富な「M型小惑星」に分類されています。その正体として、かつて太陽系に存在していた惑星のコア(核)がむき出しになった姿である可能性があげられています。

初期の太陽系ではふわふわとした微小な塵が集まって微惑星を形成し、微惑星が集まって原始惑星が形成されたと考えられています。溶けた微惑星や原始惑星の内部は軽い岩石の成分が上へ、重い金属の成分が下へと分かれる「分化」と呼ばれるプロセスが進み、岩石成分によってマントルが、沈んだ金属成分によってコアが形成されたとみられています。

プシケは内部の分化が進んだ初期の惑星に別の天体が衝突したことで外側が失われ、内側の金属成分でできたコアだけが残った天体なのではないか、というわけです。惑星のコアについての知見が得られる可能性があることからプシケは注目されていて、アメリカ航空宇宙局(NASA)はプシケを観測する小惑星探査機「Psyche」(英語では「サイキ」)の打ち上げを2022年に予定しています


小惑星探査機「Psyche(サイキ)」
【▲ 小惑星探査機「Psyche(サイキ)」を描いた想像図(Credit: NASA/JPL-Caltech/ASU/Peter Rubin)】

今回、研究グループはプシケ表面のレゴリスを模した試料を実験室で作成し、実際に観測されたプシケの可視光線と赤外線のスペクトル(波長ごとの電磁波の強さ)に一致する組成を調べました。その結果、研究グループはプシケの組成を金属82.5%、鉄の少ない輝石7%、炭素質コンドライト10.5%、プシケの空隙率(土壌や岩石などに含まれる隙間の体積割合)を約35%と推定しています。

これは従来の予想と比べて金属の含有量が少なく、空隙率が高い(内部のすき間が多い)ことを意味するといいます。Cantillo氏は、プシケが炭素質コンドライトを含むより一般的な小惑星と衝突したことがあり、その際に生じた破片が表面に堆積した可能性を指摘しています。

また発表では、プシケがむき出しになった惑星のコアそのままの姿ではなく、空隙率が50%以上と推定される小惑星「ベンヌ」(NASAの小惑星探査機「OSIRIS-REx(オシリス・レックス)」がサンプルを採取)やリュウグウのように、実際には瓦礫が集積してできたラブルパイル天体に近いかもしれないと言及しています。NASAのサイキミッションが計画通り進めば、2026年にはプシケの真の姿が明らかになるはずです


小惑星プシケを描いた想像図1
【▲ 小惑星プシケを描いた想像図(金属と岩が細かく入り混じっていると想定)(Credit: NASA/JPL-Caltech/ASU/Peter Rubin)】

Image Credit: NASA/JPL-Caltech/ASU

2021-06-10
Soraeより
 

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