ウェッブ望遠鏡とケック望遠鏡が協力して土星の衛星・タイタンの雲を追う

タイタンの雲の形状変化をジェームスウエッブ宇宙望遠鏡とケックⅡ望遠鏡で追いかける。以下、www.DeepL.com/Translator（無料版）で翻訳しました。
ウェッブ望遠鏡とケック望遠鏡が協力して土星の衛星・タイタンの雲を追う
編集部注：この記事は、ウェッブサイエンスインプログレスのデータをハイライトしたものであり、まだ査読プロセスを経ていません。
11月5日（土）の朝、惑星科学者の国際チームは、土星最大の衛星タイタンの最初のウェッブ画像に大きな喜びをもって目を覚ましました。ここでは、タイタンの大気と気候を調査するためにウェッブを使用する時間保証観測（GTO）プログラム1251の主席研究員コナー・ニクソンとその他のチームが、データを見たときの最初の反応について説明します。
タイタンは太陽系で唯一、高密度の大気を持つ衛星であり、現在、地球以外の惑星で川や湖、海が存在する唯一の天体でもあります。しかし、タイタンの地表の液体は、地球とは異なり、水ではなくメタンやエタンなどの炭化水素で構成されています。大気は厚いヘイズに覆われ、地表に反射する可視光は見えない。
私たちは、ウェッブの赤外線観測によって、タイタンの大気やその魅力的な気象パターン、ガス組成を調べ、さらにヘイズを透過して表面のアルベド特性（明るい部分と暗い部分）を調べることを何年も前から待ち望んでいたのです。タイタンの大気は、メタンガスの雲や嵐だけでなく、タイタンの過去と未来について教えてくれるものであり、タイタンがもともと大気を持っていたかどうかなど、非常に興味深いものです。私たちは、最初の結果をとても嬉しく思っています。
パリシティー大学のセバスチャン・ロドリゲスさんは、この新しい画像を最初に見て、私たちにメールで知らせてくれました。「今朝（パリ時間）は、なんという目覚めだろう。今朝（パリ時間）、なんという目覚めだ！メールボックスにたくさんのアラートが届いている。メールボックスにたくさんのアラートが届いている！すぐにパソコンに向かい、データをダウンロードし始めたよ。一目見て、ただただ驚くばかりです。雲を見たようだ！" と。AURA (Association of Universities for Research in Astronomy) のウェブ太陽系GTOプロジェクトリーダー、ハイディ・ハメル氏も同じような反応を示しました。素晴らしい！」。雲とアルベドマークを見るのが大好きです。素晴らしい！雲と明らかなアルベドマークを見るのが大好きです！だから、スペクトルを楽しみにしています。おめでとう、みんな! ありがとうございます！"
こうして、必死の活動の一日が始まりました。ウェッブの近赤外線カメラ (NIRCam) で撮影されたさまざまな画像を比較し、タイタンの北半球に見える明るい点が、実は大きな雲であることをすぐに確認しました。その後、2つ目の雲があることに気づきました。これは、タイタンの気候に関するコンピュータ・モデルによる長年の予測、すなわち、太陽によって地表が暖められる夏の終わり頃に中北半球に雲ができやすいという予測の妥当性を示すもので、非常に興味深いものです。


2022年11月4日、ジェームス・ウェッブ宇宙望遠鏡の観測装置NIRCamが捉えた土星の衛星タイタンの画像。左：タイタンの下層大気に感度をもつ 2.12 ミクロンフィルター F212N を使用した画像。明るい部分は北半球にある顕著な雲である。右図: NIRCamのフィルターを組み合わせたカラー合成画像。青＝F140M (1.40ミクロン)、緑＝F150W (1.50ミクロン)、赤＝F200W (1.99ミクロン)、明度＝F210M (2.09ミクロン)。表面のいくつかの特徴的な部分をラベルで表示しています。クラーケン海はメタンの海、ベレットは濃い色の砂丘、アディリは明るいアルベドを持つ。宇宙望遠鏡科学研究所からフル解像度のバージョンをダウンロードする。画像の出典：NASA、ESA、CSA、A. Pagan (STScI). 科学。Webb Titan GTOチーム。

そこで、タイタン大気の気流を知るためには、雲が動いているか、形が変わっているかを調べることが重要だと考えました。そこで、すぐに同僚に連絡を取り、その日の夜にハワイのケック天文台でフォローアップ観測を行うよう依頼しました。NASAゴダード宇宙飛行センターのウェブ・タイタンチームリーダー、コナー・ニクソンは、カリフォルニア大学バークレー校のイムケ・デ・パターとカリフォルニア工科大学のキャサリン・デ・クレアに手紙を書きました。「昨晩撮影されたウェッブからのタイタンの最初の画像が届きました。とても楽しみです。クラーケン海付近の北極に大きな雲があるようです。私たちは、この雲の進化を見るために、ケックでの迅速な対応による追跡観測について考えていました。
ケックのスタッフや、その日の夜に望遠鏡を使うことが決まっていた観測者と交渉し、イムケとキャサリンはすぐに観測のキューを作りました。その目的は、タイタンの成層圏から地表までを探査し、ウェッブで見た雲をとらえようとするものでした。観測は成功しました。イムケ・デ・ペーターは次のようにコメントしています。「2日後にケックでタイタンを見たとき、雲がなくなっているのではないかと心配しましたが、嬉しいことに同じ位置に雲があり、まるで形が変わっているように見えました。"

ウェッブ（左）とケック（右）が撮影した土星の衛星タイタンの大気と地表を横に並べた画像。どちらの画像も白、青、茶色とさまざまな色合いになっている。左：2022年11月4日に撮影されたウェッブNIRCam画像。3つの特徴がラベル付けされている。11 時の方向にある縁に沿った明るい点は、"雲 A "とラベル付けされています。1 時の方向のより大きく明るい点は "雲 B" とラベル付けされている。右下中央の暗い斑点は "Belet" と表示されている。右の写真。2022年11月6日に撮影されたケックNIRC-2の画像。同じ3つの特徴にラベルが付けられている。同じ位置にあるが、わずかに右に移動または回転しているように見える。雲Aは11月4日のウェッブ画像よりやや大きく見える。雲Bはやや小さく見える。暗黒星雲の一つであるベレットは、可視半球の東端に近づいている。


ウェブ NIRCam (左) とケック NIRC-2 (右) による、2022 年 11 月 4 日から 11 月 6 日にかけての 30 時間にわたるタイタンの雲の変化。ここに見えるタイタンの後半球は、地球と太陽から見て、左（明け方）から右（夕方）へ回転しています。雲Aは回転しながら見えていますが、雲Bは消滅しているか、タイタンの縁の後ろ（私たちに背を向けている半球の方向）に移動しているように見えます。タイタンや地球では、雲は長くは続かないので、11月4日に見られた雲と11月6日に見られた雲は同じではないかもしれません。NIRCamの画像には、以下のフィルターが使用されています。青＝F140M (1.40 ミクロン)、緑＝F150W (1.50 ミクロン)、赤＝F200W (1.99 ミクロン)、輝度＝F210M (2.09 ミクロン) です。使用したケックNIRC-2の画像。赤=He1b (2.06ミクロン), 緑=Kp (2.12ミクロン), 青=H2 1-0 (2.13ミクロン). 全解像度版のダウンロードは、宇宙望遠鏡科学研究所から。画像提供：NASA、ESA、CSA、W. M. Keck Observatory、A. Pagan (STScI). サイエンス ウェブ・タイタンGTOチーム。
ケック望遠鏡のデータを入手した私たちは、それを解釈するために大気モデリングの専門家に依頼しました。そのうちの1人、エール大学のファン・ロラさんはこう言っています。「実にエキサイティングだ。今シーズンは雲の活動が活発化すると予想していたので、このような結果が得られてうれしいです。11月4日と6日の雲が同じ雲であるとは断言できませんが、季節の気象パターンを確認するものです。"

チームはまた、ウェッブの近赤外線分光器 (NIRSpec) でスペクトルを収集しました。これは、ケックのような地上望遠鏡では地球の大気によって遮られてしまう多くの波長へのアクセスを可能にしています。このデータは現在も解析中ですが、カッシーニ探査機でもわからなかったタイタンの下層大気や表面の組成が明らかになり、南極の上に見える明るい特徴の原因もわかるでしょう。
NIRCamとNIRSpecによるタイタンのさらなるデータと、ウェッブの中間赤外線観測装置（MIRI）による最初のデータは、2023年の5月か6月に発表される予定です。MIRI のデータにより、タイタンのスペクトルはさらに広がり、これまで見たことのない波長も含まれるようになります。これにより、タイタンの大気に含まれる複雑なガスについての情報が得られるとともに、タイタンが太陽系で唯一濃い大気を持つ月である理由を解読するための重要な手がかりが得られるでしょう。
パリシティー大学の大学院生であるマエル・エス・サイエさんは、この観測を特に楽しみにしています。「私は博士課程の研究でウェッブのデータを使う予定なので、何年ものシミュレーションを経て、ついに実際のデータを手に入れることができ、とても興奮しています。来年のパート2で何が出てくるか楽しみです！"と語っています。