海王星の雲の消滅は太陽周期と関係している

太陽から３０AUも離れている海王星の雲量を太陽活動が支配しているなんて、恒星の影響力は半端ない。以下、機械翻訳。
海王星の雲の消滅は太陽周期と関係している
2023年 8月 17日
天文学者らは、海王星の雲量の変化と、太陽の絡み合った磁場の満ち欠けが太陽活動を引き起こす11年の太陽周期との関連性を発見した。

この発見は、NASA のハッブル宇宙望遠鏡とハワイの W.M. ケック天文台によって捉えられた 30 年間にわたる海王星の観測と、カリフォルニアのリック天文台からのデータに基づいています。

一連の 8つの海王星の画像: 画像の上半分に 4枚、画像の下半分に 4枚。 この惑星は、明るい白い斑点が点在する濃い青色の球体として見えます。
この一連のハッブル宇宙望遠鏡の画像は、海王星の雲量の増減を記録しています。 この一連の長期にわたる観測は、太陽活動のレベルが 11年間にわたってリズミカルに増減する太陽周期のピークに続いて、雲の数がますます増加することを示しています。 この化学変化は光化学によって引き起こされ、これは海王星の高層大気の高層で起こり、雲が形成されるまでに時間がかかります。 1989 年、NASA の探査機ボイジャー2号は、海王星の大気の高いところに見られる、地球上の巻雲を彷彿とさせる線状の明るい雲のクローズアップ画像を初めて提供しました。 それらは海王星の大気中のメタンの大部分の上で形成され、あらゆる色の太陽光を反射して白くなります。 ハッブルは毎年継続的に地球を監視し続けることで、短いボイジャーのフライバイが中断したところから再開します。
クレジット: NASA、ESA、Erandi Chavez (カリフォルニア大学バークレー校)、Imke de Pater (カリフォルニア大学バークレー校)
海王星は太陽系で最も遠い主要惑星であり、地球が受ける強度の約 0.1% の太陽光を受けているため、海王星と太陽活動の関連性は惑星科学者にとって驚くべきものです。 しかし、海王星の世界的な曇天は、それぞれ約 40 年続くこの惑星の四季ではなく、太陽活動によって引き起こされているようです。

現在、海王星で見られる雲の範囲は、巨大な惑星の南極の上に浮かぶいくつかの雲を除いて、非常に低いです。 カリフォルニア大学バークレー校主導の天文学者チームは、この氷の巨人の中緯度で通常見られる豊富な雲が2019年に薄れ始めたことを発見した。

カリフォルニア大学バークレー校の天文学名誉教授で、この研究の主任著者であるイムケ・デ・ペイター氏は、「海王星の雲があまりにも早く消えたことに驚いた」と語った。 「基本的に、数か月以内にクラウドの活動が減少することがわかりました」と彼女は言いました。

天体物理学センターの大学院生エランディ・チャベス氏は、「4年経った今でも、今年6月に撮影した最新の画像では、雲が以前のレベルに戻っていないことが示されている」と語った。 マサチューセッツ州ケンブリッジのハーバード・スミソニアン (CfA) の博士号を取得した彼女は、カリフォルニア大学バークレー校の天文学の学部生だったときに研究を主導しました。 「これは非常に刺激的で予想外のことであり、特に海王星の以前の低雲活動はそれほど劇的なものではなく、長期に渡ったものではなかったためです。」

海王星の外観の進化を監視するために、チャベス氏と彼女のチームは、2002年から2022年に撮影されたケック天文台の画像、1994年に始まったハッブル宇宙望遠鏡のアーカイブ観測、および2018年から2019年にカリフォルニアのリック天文台から得られたデータを分析した。

近年、ケックの観測は、トワイライトゾーンプログラムの一部として撮影された画像や、ハッブルの外惑星大気遺産（OPAL）プログラムによって補完されています。

これらの画像は、海王星の雲量の季節変化と太陽周期、つまり太陽の磁場が毛糸玉のように絡み合いながら 11年ごとに反転する周期との間の興味深いパターンを明らかにしています。 これは、黒点の数の増加と太陽フレア活動の増加から明らかです。 サイクルが進行するにつれて、太陽の激しい挙動は最大値に達し、磁場がピークに達して極性が反転します。 その後、太陽は再び最小値に落ち着きますが、次のサイクルが始まります。

海王星の 7つのハッブル画像が画像の上部に広がっています。 海王星は、水色と白の斑点のあるまだらな濃い青色の球体のように見えます。 海王星の画像の下には、太陽からの紫外線のレベルを示すプロットがあります。
この一連のハッブル宇宙望遠鏡の画像は、海王星の雲量の増減を記録しています。 この約 30年にわたる一連の観測は、太陽活動のレベルが 11年間にわたってリズミカルに増減する太陽周期のピークに続いて、雲の数がますます増加することを示しています。 太陽の紫外線レベルが縦軸にプロットされています。 11年周期は、1994年から 2022年まで下部に沿ってプロットされています。上部に沿ったハッブル観測は、雲の豊富さと太陽活動のピークの間の相関関係を明確に示しています。 この化学変化は光化学によって引き起こされ、これは海王星の高層大気の高層で起こり、雲が形成されるまでに時間がかかります。
クレジット: NASA、ESA、LASP、Erandi Chavez (カリフォルニア大学バークレー校)、イムケ・デ・ペイター (カリフォルニア大学バークレー校)
太陽が荒天になると、より強力な紫外線 (UV) が太陽系に降り注ぎます。 研究チームは、太陽周期のピークから2年後、海王星に現れる雲の数が増加していることを発見した。 研究チームはさらに、雲の数と太陽光が反射する氷の巨人の明るさとの間に正の相関関係があることを発見した。

「これらの注目すべきデータは、海王星の雲の覆いが太陽の周期と相関しているというこれまでで最も強力な証拠を与えてくれます」とデ・ペイター氏は述べた。 「私たちの発見は、太陽の紫外線が十分に強い場合、光化学反応を引き起こして海王星の雲を生成している可能性があるという理論を裏付けています。」

科学者たちは、29年間の海王星の観測期間にわたって記録された 2.5 周期の雲の活動を調べることにより、太陽周期と海王星の曇りの天候パターンとの関係を発見しました。 この間、海王星の反射率は 2002年に増加し、2007年に暗くなりました。海王星は 2015年に再び明るくなり、2020年には観測史上最低レベルまで暗くなり、雲のほとんどが消えました。

太陽による海王星の明るさの変化は、地球上の雲の出入りに比較的同期して上下しているように見えます。 ただし、太陽周期のピークと海王星で見られる雲の豊富さの間には 2年のタイムラグがあります。 この化学変化は光化学によって引き起こされ、これは海王星の高層大気の高層で起こり、雲が形成されるまでに時間がかかります。

ケック天文台の天文学者で研究論文の共著者であるカルロス・アルバレス氏は、「地球上の望遠鏡を使って、25億マイル以上離れた世界の気候を研究できるのは魅力的だ」と語った。 「技術と観測の進歩により、海王星の大気モデルを制約することが可能になりました。これは、氷の巨人の気候と太陽周期との相関関係を理解する鍵となります。」

ただし、さらに作業が必要です。 たとえば、紫外線太陽光の増加により、より多くの雲や霞が生成される可能性がありますが、それらが暗くなり、それによって海王星の全体的な明るさが低下する可能性もあります。 深層大気から上昇する海王星の嵐は雲量に影響を与えるが、光化学的に生成された雲とは関係がないため、太陽周期との相関研究が複雑になる可能性がある。 現在の雲がほとんどない状況がどれくらい続くかを知るためには、海王星の継続的な観測も必要である。

研究チームはネプチューンのクラウド活動を追跡し続けています。 「NASAのジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡が惑星を観測したのと同時期に撮影された最新のケック画像では、より多くの雲が見られました。これらの雲は、観察された地球の増加から予想されるように、特に北緯と高高度で見られました。」 過去約 2年間の太陽の UV フラックスを調べました」とデ・ペイター氏は述べています。

ハッブル、ウェッブ宇宙望遠鏡、ケック天文台、リック天文台からのデータを組み合わせれば、海王星のダイナミックな外観につながる物理学と化学のさらなる研究が可能になり、それによって天文学者が海王星だけでなく、 太陽系外の惑星の多くは海王星のような性質を持っていると考えられているためです。

この研究結果はイカロス誌に掲載されました。

Neptune’s Disappearing Clouds Linked to the Solar Cycle
クレジット: NASA のゴダード宇宙飛行センター。 リードプロデューサー: ポール・モリス
ハッブル宇宙望遠鏡は、NASA と ESA の国際協力プロジェクトです。 メリーランド州グリーンベルトにある NASA のゴダード宇宙飛行センターがこの望遠鏡を管理している。 ボルチモアの宇宙望遠鏡科学研究所 (STScI) は、ハッブル科学の運用を行っています。 STScI は、ワシントン DC にある天文学研究大学協会によって NASA のために運営されています。

最終更新日: 2023年 8月 17日
タグ: ハッブル宇宙望遠鏡 太陽系 海王星 ゴダード宇宙飛行センター