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2025-04-15 19:38:00
水氷の硬い殻に包まれたアンモニアと水で構成されるスラッシー™を想像してください。今、「ムッシュボール」と呼ばれるこれらの氷で覆われたスラッシュボールを想像してください。雷雨の間にhぎのように雨が降り、稲妻の激しい閃光に照らされています。
カリフォルニア大学バークレー校の惑星科学者は、現在、激しい稲妻を伴うムシュボールのあられを実際に木星に存在すると言っています。実際、太陽系の他の巨大な惑星である土星、天王星、海王星など、マッシュボールの居住地が銀河のすべての気体惑星で発生する可能性があります。
マッシュボールのアイデアは、NASAのジュノミッションと地球上の無線望遠鏡の両方によって検出された木星の上部大気のアンモニアガスの分布における不均一性を説明するために、2020年に当初発表されました。
当時、カリフォルニア州バークレーの大学院生であるクリス・モッケルと彼の顧問であるイムケ・デ・ペイター、天文学と地球と惑星科学のエメリタ教授は、理論があまりにも精巧であると考え、非常に特定の大気条件を必要としました。
「Imkeと私は、「これは真実である世界にはありません」と言っていました」と、UC Berkeley Ph.D.昨年、現在はカリフォルニア州バークレー宇宙科学研究所の研究者です。 「これを実際に説明するためには、たくさんのことが集まらなければならない。それはとてもエキゾチックだ。私は基本的にこれを間違っていることを証明しようとして3年を費やした。そして、それが間違っていることを証明することはできなかった。」
確認、 3月28日に報告されました ジャーナルScience Advancesでは、MoeckelとDe Paterが最近作成して説明したJupiterの上部大気の最初の3D視覚化とともに登場しました。 紙 これは現在、ピアレビューを受けており、Preprint Server Arxivに投稿されています。
木星の対流圏の3D画像は、木星の気象システムの大部分が浅く、目に見える雲デッキまたは惑星の「表面」からわずか10〜20 kmに達していることを示しています。惑星を取り囲むバンドのカラフルで渦巻くパターンのほとんどは浅いです。
しかし、いくつかの天気は対流圏のはるかに深く現れ、アンモニアと水を再分配し、均一な雰囲気と考えられていたものを本質的に混ぜ合わせません。責任のある3種類の気象現象は、ハリケーンのような渦、波のような構造で惑星を包むアンモニアが豊富なプルームと結合されたホットスポット、およびマッシュボールと稲妻を生成する大きな嵐です。
「木星を見るたびに、それはほとんど表面レベルです」とモケルは言いました。 「それは浅いですが、いくつかのこと – 渦とこれらの大きな嵐 – はパンチできます。」
「ジュノは、アンモニアがすべての緯度で約150キロメートルまで枯渇していることを実際に示していますが、これは本当に奇妙です」と、10年前にアンモニアが約50 kmに枯渇したことを発見したDe Pater氏は語りました。 「それは、クリスが彼の嵐システムが私たちが予想したよりもはるかに深くなっていることで説明しようとしていることです。」
雲の観測から惑星組成を推測します
木星や土星のようなガスの巨人、海王星や天王星のような氷の巨人は、ジェームス・ウェッブの宇宙望遠鏡を含む現在の宇宙ミッションと大規模な望遠鏡の主要な焦点です。これは、私たちの太陽系の産業史と遠いエキソプラネットのグラウンド・トゥルーの観察を理解するのに役立つことがあります。天文学者は遠く離れた外惑星の上部大気のみを見ることができるため、これらの観察結果で化学的特徴を解釈する方法を知ることは、科学者が地球のような惑星であっても、外惑星インテリアの詳細を推測するのに役立ちます。
「基本的には、大気の頂上が実際に惑星の中にあるもののかなり悪い代表であることを示しています」とモケルは言いました。
それは、雲の上部の化学組成が必ずしも大気の中でより深い組成を反映しているわけではないように、マッシュボールを作成する人々のような嵐が大気を混ぜるからです。木星はユニークではありません。
「それを海王星のウラヌスに拡張することができます。
木星の雰囲気は、地球上の雰囲気と根本的に異なります。主に、バルク大気よりも重いアンモニアや水のような微量のガス分子を備えた水素とヘリウムガスで作られています。地球の大気は主に窒素と酸素です。木星には、何世紀にもわたって続くグレートレッドスポットのような嵐があります。そして、アンモニアガスと水蒸気が上昇している間、雪のように液滴に凍結し、絶えず雨が降りますが、衝突する固体表面はありません。雨滴はどの時点で落ちるのを止めますか？
「地球上では、表面があり、雨は最終的にこの表面に当たります」とモケルは言いました。 「問題は、表面を奪うとどうなりますか？雨滴が惑星にどこまで落ちますか？これは私たちが巨大な惑星に持っているものです。」
雨や嵐のようなプロセスは惑星雰囲気の主要な垂直ミキサーであると考えられているため、その質問は何十年も惑星科学者の関心をそそりました。何十年もの間、ジュピターのようなガス巨大惑星の内部構成に関するよく混ざった雰囲気の単純な仮定が推論されました。
De Paterと同僚が実施した無線望遠鏡による観察は、この単純な仮定が間違っていることを示しています。
「乱流の雲の頂上は、大気がよく混ざっていると信じるようになります」とモケルは言い、水の沸騰した鍋の類推を呼び起こしました。 「上部を見ると、沸騰しているのがわかります。ポット全体が沸騰していると仮定します。しかし、これらの発見は、上部が沸騰しているように見えるにもかかわらず、以下は本当に安定して鈍い層であることを示しています。」
マッシュボールの微物理学
木星では、雨とアンモニアの雪の大部分が寒い雰囲気の中で高く循環し、落ちるにつれて蒸発するように見えます、とモケルは言いました。しかし、ジュノが木星に到着する前でさえ、デ・ペイターと彼女の同僚は、アンモニアに欠けている上位の大気を報告しました。しかし、彼らはこれらの観察結果を説明することができましたが、動的で標準的な気象モデリングを通して、雷雨におけるアンモニアのレインアウトを水層まで予測し、水蒸気が液体に凝縮しました。
しかし、ジュノによる無線観測により、混合が劣るとはるかに深い深さまで、約150 kmまでの領域を追跡し、多くの領域がアンモニアを不可解に枯渇させ、観察を説明できる既知のメカニズムはありませんでした。これにより、水とアンモニアの氷が大気から落ちてアンモニアを除去する魅力を形成しなければならないという提案につながりました。しかし、それは、大気中に数百キロメートルに落ちるのに十分なほど重いものであったのは謎でした。
これらのマッシュボールは、3対1の比率で大量の水とアンモニアを閉じ込めることができます。そのサイズと体重のために、彼らは嵐が始まったかなり下の大気の奥深くに落ち、アンモニアを持ち歩いています。これは、アンモニアが上の大気から欠落しているように見える理由を説明するのに役立ちます。それは惑星の奥深くに引きずられて隠れており、そこで無線望遠鏡で観察されるかすかな署名を残します。
「マッシュボールの旅は、基本的に雲の滴としてクラウドデッキの下から約50〜60キロメートルで始まります。水滴はクラウドデッキの最上部まで急速にロフトし、そこで凍結してから100キロ以上落ち、そこで蒸発し始めて材料を堆積し始めます」とモケルは言いました。 「そして、あなたは本質的に、クラウドデッキのはるかに下にトリガーされるこの奇妙なシステムが、大気の頂上までずっと進み、その後惑星に深く沈むことができます。」
1つのストームクラウドのJunoラジオデータのユニークな署名は、彼と彼の同僚が、これが実際に何が起こるかであると確信させました。
「雲の下には、冷却、氷の溶け、つまりアンモニアの融解と放出のように見えた小さな斑点がありました」とMoeckel氏は言いました。 「いずれかの説明が、最終的に私を納得させたマッシュボールでのみ説明が可能であるという事実でした。」
パサデナのカリフォルニア工科大学の巨大な惑星のクラウドダイナミクスの専門家である紙の共著者huazhi Geによると、ラジオの署名は水の雨滴やアンモニアの雪によって引き起こされなかった可能性があります。
「科学は、このプロセスが明らかに真実であることを観察して、より単純な答えを見つけたいという私の最善の欲求に反していることを進んでいます」とモケルは言いました。
木星の調整された観察
世界中の科学者は、6週間ごとにジュノの最も近いアプローチと一致するようにタイミングを合わせて、地上の望遠鏡で木星を定期的に観察しています。 2017年2月と2019年4月 – 2つの論文の対象期間 – 研究者は、ニューメキシコ州のハッブルスペース望遠鏡（HST）と非常に大きなアレイ（VLA）の両方のデータを使用して、対流圏の3D画像を作成しようとしてJunoの観察を補完しました。目に見える波長でのHSTは、雲の上部から反射光の測定を提供し、ラジオ望遠鏡であるVLAは、グローバルなコンテキストを提供するために雲の下に数十キロメートル下をプローブしました。 Junoのマイクロ波放射計は、大気の限られた領域で木星の深い雰囲気を探りました。
「私は本質的に、無線観測を採用し、それらをジュノによって見られる大気のその部分の3次元レンダリングに変える断層撮影法を開発しました」とモケルは言いました。
木星のその帯の3Dの写真は、ほとんどの天候が10キロメートル上で起こっていることを確認しました。
「水凝縮層は、木星のダイナミクスと天気を制御する上で重要な役割を果たします」とモケルは言いました。 「最も強力な嵐と波だけがその層を突破することができます。
Moeckelは、Juno Missionから公的に利用可能な校正データ製品の欠如により、Jupiterの大気の分析が遅れたと述べました。リリースされたデータの現在のレベルを考えると、彼はミッションチームのデータ処理方法を独立して再構築することを余儀なくされました。これは、先に共有された場合、独立した研究と科学参加の拡大を大幅に加速できたツール、データ、および議論です。彼はその後、これらのリソースを将来の研究努力をサポートするために公開しています。
この作業は、NASA（80NSSC18K1003）からの太陽系観測（SSO）賞によって部分的に資金提供されました。
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#木星のマッシュボールのミステリーが発表されましたミラージュニュース