数十年前のVoyager 2データを再考して、科学者はもう1つの秘密を見つける

太陽風と天王星磁場の相互作用で天王星大気が漏れ出している。何十億年後にはスリム化した天王星が太陽を回っている。以下、機械翻訳。
数十年前のVoyager 2データを再考して、科学者はもう1つの秘密を見つける
2020年3月25日
NASAの探査機ボイジャー2は、太陽系の壮大なツアーから8年半後、再び遭遇する準備が整いました。それは1986年1月24日でした、そしてすぐにそれは神秘的な7番目の惑星、氷のように冷たい天王星に出会うでしょう。

Voyager 2天王星の画像
ボイジャー2号は、1986年1月14日に惑星天王星に近づいたときにこの画像を撮影しました。この惑星のかすんだ青みがかった色は、大気中のメタンが光の赤い波長を吸収するためです。
クレジット：NASA / JPL-Caltech
次の数時間で、ボイジャー2号は天王星の雲の頂上から81,433ｋｍ以内に飛行し、2つの新しいリング、11の新しい衛星、摂氏マイナス214度未満の気温を明らかにするデータを収集しました。データセットは、私たちがこれまでにこの惑星について行った唯一の近接測定です。
30年後、そのデータを再検査した科学者たちはもう1つの秘密を発見しました。
宇宙物理学のコミュニティ全体には知られていないが、34年前、ボイジャー2号は、天王星の大気を宇宙空間に吹き飛ばしている可能性のある巨大な磁気バブルであるプラズモイドを飛行した。Geophysical Research Lettersで報告されたこの発見は、この惑星の唯一無二の磁気環境について新たな疑問を投げかけています。

ぐらつく磁気奇球
太陽系全体の惑星の大気が宇宙に漏れています。水素は金星から湧き出て太陽風に加わり、粒子の連続的な流れが太陽から漏れます。木星と土星は、帯電した空気の塊を放出します。地球の大気でさえも漏れる。（心配する必要はありません。それはさらに10億年ぐらい続きます。）
人間のタイムスケールでの影響はわずかですが、十分長い間、大気からの脱出は惑星の運命を根本的に変える可能性があります。適切な例として、火星を見てください。
「火星はかつて大気が厚い湿った惑星でした」とNASAのGoddard宇宙飛行センターの宇宙物理学者であり、火星の大気と揮発性進化、またはMAVENミッションのプロジェクト科学者であるジーナディブラシオは言いました。「それは時間とともに進化しました」—宇宙への40億年の漏洩—「私たちが今日目にする乾燥した惑星になるために」
大気からの脱出は、惑星の磁場によって駆動されます。磁場は、プロセスを助け、妨げることができます。科学者たちは、磁場が惑星を保護し、大気を取り去る太陽風の爆発を防ぐことができると信じています。しかし、磁力線が絡まると土星や木星から巨大なグロブが切り離されて脱出するような機会も生み出す可能性があります。いずれにせよ、大気がどのように変化するかを理解するために、科学者は磁性に細心の注意を払います。
それが天王星がそのような謎であるもう一つの理由です。Voyager 2の1986フライバイは、惑星がどれほど磁気的に奇妙であるかを明らかにしました。
「構造、それが動く方法…」とディブラッチョは言った、「天王星は本当にそれ自体である」。
私たちの太陽系の他の惑星とは異なり、天王星はその側面をほぼ完全に回転します-串焼きの豚のように-17時間に1回バレルロールを完了します。その磁場軸はそのスピン軸から60度離れているため、惑星が回転すると、その磁気圏（磁場によって作り出された空間）は、あまり投げられないサッカーのように揺れます。科学者はまだそれをモデル化する方法を知りません。

磁場のアニメーションと天王星の回転
天王星の磁場を示すアニメーションGIF。黄色の矢印は太陽を指し、水色の矢印は天王星の磁気軸を示し、濃い青の矢印は天王星の回転軸を示します。
クレジット：NASA / Scientific Visualization Studio / Tom Bridgman
この奇妙さは、ディブラッチョと彼女の共著者である仲間のゴダード宇宙物理学者であるダンガーシュマンをこのプロジェクトに引き込みました。どちらも「氷の巨人」天王星と海王星への新しいミッションの計画を立てているチームの一部であり、彼らは解決する謎を探していました。30年以上前に最後に測定された天王星の奇妙な磁場は、開始するのに良い場所のように見えました。
そこで彼らは、Voyager 2の磁力計の測定値をダウンロードし、宇宙船が飛んでいくときに天王星の近くの磁場の強さと方向を監視しました。何が見つかるかわからないまま、以前の調査よりもズームインして、1.92秒ごとに新しいデータポイントをプロットしました。滑らかなラインがギザギザのスパイクとディップに取って代わりました。そして、それは彼らがそれを見たときです：大きな物語の小さなジグザグ。
「それは…プラズモイドかもしれないと思いますか？」ガーシュマンは波紋を見つけてディブラッチョに尋ねた。


プラズモイドを示す磁力計の読み
Voyager 2の1986年の天王星の接近飛行からの磁力計データ。赤い線は、8分間の平均データを示しています。これは、以前のVoyager 2のいくつかの研究で使用された時間のリズムです。黒で、同じデータが1.92秒のより高い時間分解能でプロットされており、プラズモイドのジグザグの特徴を示しています。
クレジット：NASA / Dan Gershman
ボイジャー2号の接近飛行ではほとんど知られていなかったプラズモイドは、それ以来惑星が質量を失う重要な方法として認識されるようになりました。プラズマまたは電化ガスのこれらの巨大な泡は、惑星のマグネトテイルの端から吹き飛ばされます—磁場の一部が吹流しのように太陽によって吹き返されます。十分な時間をかけて、脱出するプラズモイドは惑星の大気からイオンを排出し、その組成を根本的に変えることができます。それらは地球や他の惑星で観測されていましたが、天王星ではまだプラズモイドを検出していませんでした。
DiBraccioは彼女の処理パイプラインを介してデータを実行し、結果はきれいに戻りました。「間違いなくそうだと思う」と彼女は言った。

バブルが脱出
プラズモイドディブラッチョとガーシュマンは、天王星によるボイジャー2号の45時間の飛行のうち、わずか60秒を占めていた。これは、磁力計データですばやく上下します。「しかし、それを3Dでプロットすると、円柱のように見えます」とガーシュマン氏は語った。
その結果を、木星、土星、水星で観測されたプラズモイドと比較して、長さが少なくとも204,000キロメートル）で、最大で約400,000キロメートルの円筒形を推定しました。すべての惑星プラズモイドと同様に、それは荷電粒子で一杯でした—ほとんどがイオン化された水素であると著者らは考えています。
プラズモイドの内部からの読み取り値— Voyager 2がそこを飛行したときに—は、その起源をほのめかしました。一部のプラズモイドにはねじれた内部磁場がありますが、DiBraccioとGershmanは滑らかで閉じた磁気ループを観測しました。そのようなループ状のプラズモイドは、通常、回転する惑星がその大気の一部を宇宙へ飛ばすときに形成されます。「遠心力が引き継ぎ、プラズモイドがつまむ」とガーシュマン氏。彼らの推定によれば、そのようなプラズモイドは、天王星での大気質量損失の15〜55％を占める可能性があり、木星や土星のどちらよりも大きな割合です。それは天王星がその大気を宇宙に流す主要な方法であるかもしれません。
プラズモイドエスケープは、時間の経過とともに天王星をどのように変化させましたか？観察のセットが1つしかないので、言うのは難しいです。
「1つの宇宙船がこの部屋を通って飛んで、地球全体を特徴づけようとしたと想像してみてください」とDiBraccioは言いました。「明らかに、それはサハラや南極大陸がどんなものであるかについてあなたに何も示すつもりはありません。」
しかし、調査結果は地球に関する新しい質問に焦点を当てるのに役立ちます。残りの謎はドローの一部です。「それが私が惑星科学を愛する理由です」とディブラッチョは言いました。「あなたはいつもあなたが本当に知らないどこかに行きます。」

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最終更新日：2020年3月26日
タグ： ゴダード宇宙飛行センター、ジェット推進研究所、太陽系、天王星　ボイジャー