おい、木星の大気中にあるあの巨大なプラズマ波は何だ？

エリザベス・レイン - 2023 年 8 月 4 日午後 5 時 11 分 UTC

木星にも波はありますが、サーファーが乗れるような波ではありません。 これらのプラズマ波は、ビーチに衝突するものよりもはるかに強力です。

NASA のジュノー宇宙船は、木星を周回している間、巨大なプラズマ波に遭遇し続けています。 これらの波は実際にはケルビン・ヘルムホルツ不安定性 (KHI) として知られており、太陽風からのプラズマが惑星の磁界圏、つまり磁場の外側のレベルと相互作用するときに発生します。 磁気圏界面と太陽風の速度差により、激しく渦巻く波、つまり渦が生じます。

「ケルビン・ヘルムホルツ不安定性は、惑星の磁場（磁気圏）と太陽から放出される荷電粒子の流れ（太陽風）を隔てる境界で観察される可能性があります。 この境界は磁気圏界面として知られています」と研究者らは最近Geophysical Research Lettersに掲載された研究で述べた。

これらの現象は地球や他の惑星で起こることが以前から知られており、木星でも起こるのではないかと疑われていたが、ジュノーが発見するまではこの巨大ガス惑星では確認されていなかった。 この探査機は、木星の夜明け側の磁気圏界の近くに多くの時間を費やしたため、他の探査機や望遠鏡よりも多くの磁気圏界を観察することができました。 現在、サウスウェスト研究所（SWRI）とテキサス大学サンアントニオ校の研究者チームがジュノーのデータを分析し、波を詳細に調査した。

この波はどうやって宇宙に打ち上げられるのでしょうか？ 荷電粒子が群がるプラズマは太陽風によって常に太陽系中に飛散しており、必然的に惑星の外層大気中のプラズマと相互作用することになります。

木星は回転するプラズマの円盤に囲まれており、その外側の磁気圏に達しています。 その場所では、惑星の磁気圏界面と太陽風の境界面に磁気張力が存在します。 この張力により、プラズマの速度と方向に地域的な違いが生じます。 これは速度せん断として知られています。

速度せん断が磁気張力を圧倒すると、磁気圏界面の境界が乱され、波が形成され始めます。 これを引き起こす可能性があるのは、星のような外部源からのプラズマだけではありません。磁気圏界面からのプラズマも、磁気圏の真下のレベルからのプラズマに衝突する可能性があります。 木星の磁気圏のプラズマと磁気圏界面の真上にある磁気鞘との間には、特定の高速せん断流が存在します。 このせん断も摂動を引き起こします。

このような摂動から生じる波は巻き始め、最終的には巨大な渦になります。 KH 波は木星の夜明け側でのみ観測されましたが、夕暮れ側でも発生する可能性があります。

研究チームはまた、「周期的な変動は、宇宙船がおそらく巻き上がった渦である波構造の中を移動していることを示唆している」と研究チームは述べた。 「宇宙船は[軌道中]磁気シースと磁気圏プラズマの内外を移動し、境界を何度も横切ります。」

Juno は、高感度の機器を使用して、通常は目に見えないプラズマ波を検出することができました。 その木星オーロラ分布実験 (JADE) は、電子ボックスと 4 つのセンサーで構成されており、そのうち 3 つは電子を探すため、1 つはプラズマの他の成分であるイオンを識別するためのものです。 JADE のセンサーは、荷電粒子がプラズマを通過する際のエネルギーと位置に関する情報を記録できます。 Juno の磁場調査 (MAG) 機器スイートの磁力計は、木星の磁場の強さを測定します。これにより、太陽風からのプラズマによって磁場が克服され、KH 波が発生するかどうかが決まります。

ジュノーによって観測された渦巻くプラズマ波は、より多くの荷電粒子を磁気圏界面全体に押し込むと考えられており、ジュノーのデータは、KH波が木星の夜明け側の磁気圏界面を横切るほとんどの時間で、KH波が形成されるのに適切な条件が揃っていることを示した。 それは必ずしも波が発生したことを意味するものではありません。 わずか 19 か所の交差点で波の証拠が得られたため、適切な条件が存在するときに波がどのくらいの頻度で発生するかについては、まだ不確実性があります。