ハッブルは土星のリングがその大気を加熱していることを発見

ハッブルは土星のリングがその大気を加熱していることを発見
その秘密は 40 年間、目に見えないところに隠されてきました。しかし、NASA のハッブル宇宙望遠鏡と引退したカッシーニ探査機、ボイジャー 1 号と 2 号探査機、引退した国際紫外線探査機ミッションからの土星の観測を使用して、1 年以内にすべてをまとめるにはベテランの天文学者の洞察が必要でした。

発見: 土星の広大なリング システムは、巨大な惑星の上層大気を加熱しています。この現象は、これまで太陽系で見られたことはありません。これは、土星とその輪の間の予想外の相互作用であり、他の星の周りの惑星にも輝かしい土星のような輪のシステムがあるかどうかを予測するためのツールを提供する可能性があります.

球体の左上から右下に向かって濃い青、水色、白の帯が縞模様になっている、青く傾いた扁平な球体。
この合成画像は、1980 年から 2017 年の間にボイジャー 1 号、カッシーニ、ハッブル宇宙望遠鏡の 3 つの異なる NASA ミッションによって検出された持続的で予想外の過剰な水素からの放出である土星ライマン アルファ バルジを示しています。北半球の土星の夏の間に 2017 年に取得された画像は、惑星のライマン アルファ放射をスケッチするための参照として使用されます。リングは、紫外線の反射がはるかに少ないため、惑星の本体よりもはるかに暗く見えます。リングと暗い赤道域の上では、ライマン アルファ バルジは、周囲の領域よりも 30% 明るい拡張 (30 度) 緯度バンドとして表示されます。南半球のごく一部がリングと赤道域の間に現れますが、北半球よりも暗いです。バルジ領域の北 (画像の右上部分) では、円盤の明るさは、参照用にここに示されている明るいオーロラ領域に向かって緯度に対して徐々に低下します (縮尺どおりではありません)。オーロラ領域内の暗いスポットは、惑星の自転軸の足跡を表しています。特定の緯度で大気に降る氷の輪の粒子と季節的な影響が大気の加熱を引き起こし、上層大気の水素がバルジ領域でより多くのライマンアルファ太陽光を反射するようになると考えられています。環と上層大気との間のこの予想外の相互作用は、遠く離れた系外惑星が土星のような環系を拡張しているかどうかを推定するための新しい診断ツールを定義するために、現在詳細に調査されています。ディスクの明るさは、参照用にここに示されている明るいオーロラ領域に向かって緯度に対して徐々に低下します (縮尺どおりではありません)。オーロラ領域内の暗いスポットは、惑星の自転軸の足跡を表しています。特定の緯度で大気に降る氷の輪の粒子と季節的な影響が大気の加熱を引き起こし、上層大気の水素がバルジ領域でより多くのライマンアルファ太陽光を反射するようになると考えられています。環と上層大気との間のこの予想外の相互作用は、遠く離れた系外惑星が土星のような環系を拡張しているかどうかを推定するための新しい診断ツールを定義するために、現在詳細に調査されています。ディスクの明るさは、参照用にここに示されている明るいオーロラ領域に向かって緯度に対して徐々に低下します (縮尺どおりではありません)。オーロラ領域内の暗いスポットは、惑星の自転軸の足跡を表しています。特定の緯度で大気に降る氷の輪の粒子と季節的な影響が大気の加熱を引き起こし、上層大気の水素がバルジ領域でより多くのライマンアルファ太陽光を反射するようになると考えられています。環と上層大気との間のこの予想外の相互作用は、遠く離れた系外惑星が土星のような環系を拡張しているかどうかを推定するための新しい診断ツールを定義するために、現在詳細に調査されています。特定の緯度で大気に降る氷の輪の粒子と季節的な影響が大気の加熱を引き起こし、上層大気の水素がバルジ領域でより多くのライマンアルファ太陽光を反射すると考えられています。環と上層大気との間のこの予想外の相互作用は、遠く離れた系外惑星が土星のような環系を拡張しているかどうかを推定するための新しい診断ツールを定義するために、現在詳細に調査されています。特定の緯度で大気に降る氷の輪の粒子と季節的な影響が大気の加熱を引き起こし、上層大気の水素がバルジ領域でより多くのライマンアルファ太陽光を反射すると考えられています。環と上層大気との間のこの予想外の相互作用は、遠く離れた系外惑星が土星のような環系を拡張しているかどうかを推定するための新しい診断ツールを定義するために、現在詳細に調査されています。
クレジット: NASA、ESA、Lotfi Ben-Jaffel (IAP & LPL)
明白な証拠は、土星の大気中の熱い水素のスペクトル線として見られる過剰な紫外線です。放射線の隆起は、何かが外部から上層大気を汚染して加熱していることを意味します。

最も現実的な説明は、土星の大気に降り注ぐ氷の輪の粒子がこの加熱を引き起こすというものです。これは、微小隕石、太陽風粒子の衝突、太陽紫外線、または帯電した塵を拾う電磁力の影響による可能性があります。これはすべて、土星の重力場が粒子を惑星に引き寄せる影響下で発生します。NASAのカッシーニ探査機が2017年のミッションの最後に土星の大気に突入したとき、大気の成分を測定し、リングから多くの粒子が落ちていることを確認しました.

もっと詳しく知る
ハッブルが土星での新しいスポーク シーズンの始まりをとらえる

ハッブルの太陽系外縁部グランド ツアー

ハッブルは土星の季節の変化を見る

ハッブル宇宙望遠鏡が土星にサマータイムを観測

「リングのゆっくりとした崩壊はよく知られていますが、惑星の水素原子への影響は驚くべきものです。カッシーニ探査機から、リングの影響についてはすでにわかっていました。しかし、水素原子の含有量については何も知りませんでした。パリの天体物理学研究所とアリゾナ大学の月惑星研究所の Lotfi Ben-Jaffel 氏は、Planetary Science Journalで3月 30日に発表された論文の著者であると述べています。

「すべては、特定の緯度で大気にカスケードするリング粒子によって駆動されます。それらは上層大気を変更し、組成を変化させます」とベンジャフェルは言いました。「そして、おそらく特定の高度で大気を加熱している大気ガスとの衝突プロセスもあります。」

Ben-Jaffel の結論は、土星を研究した 4 つの宇宙ミッションからのアーカイブの紫外光 (UV) 観測をまとめる必要がありました。これには、1980 年代に土星の近くを飛行し、過剰な紫外線を測定した 2 つの NASA ボイジャー プローブからの観測が含まれます。当時、天文学者は測定値を検出器のノイズとして片付けていました。2004 年に土星に到着したカッシーニ ミッションでは、大気の UV データも (数年にわたって) 収集されました。追加のデータはハッブルと、1978 年に打ち上げられ、NASA、ESA (欧州宇宙機関)、および英国の科学工学研究評議会の間の国際協力である国際紫外線探査機から得られました。

しかし、すべてのデータが幻想的なものなのか、それとも土星での真の現象を反映したものなのかという疑問が残りました。

ジグソー パズルを組み立てる鍵は、ハッブル宇宙望遠鏡の画像分光器 (STIS) からの測定値を使用するというベン ジャッフェルの決定にありました。その土星の正確な観測は、土星を観測した他の 4 つの宇宙ミッションすべてからのアーカイブ UV データを調整するために使用されました。彼は、土星の STIS UV 観測を、複数の宇宙ミッションや機器からの光の分布と比較しました。

「すべてが調整されたとき、スペクトルがすべてのミッションで一貫していることがはっきりとわかりました。これは、何十年にもわたって測定された大気からのエネルギーの移動率について、ハッブルからの同じ基準点を持っているため可能でした」とベンは言いました。 -ジャッフェルは言った。「これは私にとって本当に驚きでした。さまざまな配光データを一緒にプロットしたところ、同じであることがわかりました。」

40 年間の UV データは複数の太陽周期をカバーし、天文学者が土星に対する太陽の季節的影響を研究するのに役立ちます。すべての多様なデータをまとめて調整することにより、Ben-Jaffel は UV 放射のレベルに違いがないことを発見しました。「いつでも、地球上のどの位置でも、紫外線のレベルを追跡できます」と彼は言いました。これは、土星のリングからの安定した「氷の雨」が最も良い説明であることを示しています。

「私たちは、惑星の上層大気に対するこのリングの特徴付け効果の始まりにすぎません。最終的には、遠く離れた世界の大気について真の特徴を生み出すグローバルなアプローチを持ちたいと考えています。この研究の目標の1つは、それを他の恒星を周回する惑星にどのように適用できるか見てみましょう。これを「外環」の検索と呼んでください。」

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望遠鏡を管理しています。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 の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 3月 30日
タグ: ゴダード宇宙飛行センター、 ハッブル宇宙望遠鏡、土星 、 太陽系