イオの周囲に見られるプラズマトーラスの加熱
【2016年5月16日 東北大学】
惑星や衛星の周囲では、分子や原子は電離してプラズマの状態となっている。プラズマの温度は大気に比べてかなり高いが、宇宙空間でどのようにプラズマが加熱されているのかについては、様々なメカニズムが提案されているものの、よくわかっていない。
木星の衛星イオは、太陽系で最も活発な火山活動をもつ天体だ。イオの大気は二酸化硫黄を主成分とする火山性ガスでできており、宇宙空間へ流出して、イオの公転軌道に沿ってプラズマトーラス(ドーナツ状に分布した濃いプラズマ)を形成している。このトーラスを、高温電子がイオンに衝突して発光する極端紫外線で観測すると、電子の加熱機構を研究することができる。
東北大学の土屋史紀さんたちの研究グループは、惑星観測用宇宙望遠鏡「ひさき」を用いてイオ・プラズマトーラスの硫化物イオンの発光を観測し、極端紫外線がイオの下流で強くなることを明らかにした。
トーラスは木星の周りを木星の自転に伴って約10時間周期で回転しているが、イオンの発光の強さはイオの周囲で急上昇しており、プラズマの流れがイオ(公転周期約42時間)を通過した際に高温電子が発生していることを示している。その後、高温電子は周りのイオンに衝突して極端紫外線を放射しエネルギーを失っていくため、発光強度はイオから下流側に離れるにつれて下がっていく。
これまで電子加熱は10日程度かけてゆっくり起こると考えられてきたが、「ひさき」の観測結果は10時間以内の短時間で高温電子が発生することを示しており、イオの周囲で非常に効率の良い加熱機構が働いていることが明らかになった。加熱機構の候補として、電離した直後のイオンから発生する電場・磁場の波のエネルギーが電子を加熱するメカニズムが考えられている。
〈参照〉
- 東北大学理学研究科・理学部: 【研究成果】木星を取り囲む高温のプラズマリング 〜惑星分光観測衛星「ひさき」がイオからの大気流出と加熱現象〜
- Journal of Geophysical Research Space Physics: Local electron heating in the Io plasma torus associated with Io from HISAKI satellite observation 論文
〈関連リンク〉
- JAXA: http://www.jaxa.jp/
- アストロアーツ:
- 【特集】木星とガリレオ衛星(2016年)
- 投稿画像ギャラリー: 2016年 木星
- 星ナビ.com こだわり天文書評:
- 「ビジュアル宇宙図鑑 太陽と惑星」
- 「ここまでわかった新・太陽系」
- 「太陽系ビジュアルブック 改訂版」
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