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2026-01-21 07:05:00
ムティウル・アリム |水曜日、2026/01/21 19:05 IWST
木星の極の嵐 (写真: 地球)
ジャカルタ、Jurnas.com – 木星と土星の極地で回転する巨大な嵐は、科学者にとって長い間大きな謎でした。探査機の画像には、まったく異なる 2 つのパターンが示されています。土星には、きちんとした六角形の形をした巨大な極嵐が 1 つあり、木星には、中心に 1 つの大きな渦があり、その周囲を 8 つの小さな嵐が取り囲んでいます。
マサチューセッツ工科大学（MIT）の研究者らは、新しい研究で、これらの極嵐の形状は地表の大気力学だけでなく、惑星の雲層の下深くにある物質の特性によっても決定される可能性があることを発見した。
極嵐または極渦は、惑星の北極または南極の真上で回転する巨大な気象システムです。土星では、直径約 29,000 キロメートルの単一の渦が北極地域全体を支配しています。
一方、木星では、各極渦の幅は約 4,800 キロメートルですが、その数はさらに多く、主嵐の中心の周りに円のように配置されています。
木星と土星はどちらも主に水素とヘリウムで構成される巨大ガス惑星として分類されているため、この違いはさらにわかりにくくなります。地球とは異なり、これら 2 つの惑星には透明な固体表面がありません。
したがって、水曜日（1月21日）の地球から引用されたように、科学者たちは、なぜ2つの惑星の極での嵐の構造がこれほど異なって発達するのかを説明するのに何年も苦労してきました。
この研究は、雲や地上の風を超えて、さらに奥深くを探ろうとしています。 NASA のジュノー計画と、以前に土星を周回したカッシーニからのデータは、極嵐のパターンの詳細な画像を提供しました。
しかし、この MIT の研究は、これらの観察を惑星の内部状態を表す流体物理シミュレーションに結び付けています。
研究者らはコンピューターシミュレーションを使用して、急速に回転する惑星の大気中でガス流がどのように移動するかをモデル化した。このモデルでは、極渦は、表面から惑星のマントルの奥深くまで伸びる回転円筒として扱われます。円柱の基部が地表の嵐の形状を決定すると考えられています。
マサチューセッツ工科大学地球大気惑星科学科の講師であるワイン・カン氏は、渦の底にある物質の特性が上に見られる流体の流れのパターンに影響を与えると説明しています。
同氏によると、これまで表面嵐のパターンと惑星内部の特徴を直接結び付ける研究はあまりなかったという。彼は、土星の内部が木星よりも硬い構造をしている可能性さえ示唆しました。
シミュレーションでは、研究者らはさまざまな条件を試した。いくつかのシナリオでは、互いに融合しない小さな渦だけが形成されます。別のシナリオでは、単一の大きな渦が急速に成長し、周囲の渦を吸収します。これらの結果に最も一貫して影響を与える要因は、渦底の「柔らかさ」または「硬さ」のレベルです。
より軽量な素材で構成された柔らかいベースにより、渦が大きくなりすぎることがありません。このような状況では、木星で見られるように、いくつかの小さな嵐が並んで続く可能性があります。
逆に、土星で発生するように、基盤がより硬く密度が高くなると、渦がより強くより安定して成長し、最終的には極地域を支配し、他の嵐を締め出すことができます。
この発見は、土星の内部には重元素や容易に凝縮する物質が豊富に含まれているのに対し、木星の内部構造は比較的軽いのではないかという示唆につながりました。
この組成の違いにより異なる層構造が形成され、最終的に 2 つの惑星の表面に対照的な嵐のパターンが形成されます。
極嵐は実際には 3 次元の現象ですが、研究チームは 2 次元モデルを使用して分析を簡素化しました。この単純化は、巨大ガス惑星の高速回転によって流体の動きが回転軸に沿って均一になる傾向があるという事実に基づいています。このアプローチを使用すると、システム ダイナミクスの主な特性を失うことなく、シミュレーションをより迅速かつ効率的に実行できます。
Kang 氏は、高速回転システムでは、流体の流れのパターンは回転方向に沿ってあまり変化しないと説明しました。これにより、3 次元の問題を 2 次元に縮小することができ、計算による研究が容易になり、物理的な関連性も維持されます。
数多くのシミュレーションを実行した後、研究者らは一貫したパターンを発見した。それは、惑星の深部にある物質の特性が、地表で見られる嵐の構造を主に決定するというものだ。
マサチューセッツ工科大学の大学院生で研究論文の筆頭著者であるジアル・シー氏は、木星と土星の流体パターンは、惑星の内部がどれほど柔らかいか硬いかを理解するための窓となる可能性があると述べた。
Shi氏は、土星の内部には金属や凝縮性物質が多く含まれており、木星よりも強い成層構造を与えている可能性があると付け加えた。これにより、巨大ガス惑星がどのように進化し、その内部構造が大気力学にどのような影響を与えるかについての科学者の理解が深まります。
この研究は権威ある科学雑誌『米国科学アカデミー紀要』に掲載されました。
キーワード:
#木星と土星の奇妙な極嵐の謎がついに解明される