NASA のジュノーが木星の衛星イオの溶岩湖を間近で観察

NASA のジュノーが木星の衛星イオの溶岩湖を間近で観察
ジェット推進研究所
2024年 6月26日
記事
NASA の探査機ジュノーに搭載された JunoCam 機器は、木星の衛星イオの地平線上に上がる 2 つの火山噴煙を捉えました。この画像は 2月 3日に約3,800キロメートルの距離から撮影されました。
画像データ: NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS、画像処理: Andrea Luck (CC BY)
太陽光発電宇宙船からの赤外線画像により、木星で最も熱い衛星の内部構造に関する議論が白熱しています。

NASA の探査機ジュノーによる新たな発見は、木星の衛星イオの溶岩湖の広がりに関するより完全な画像を提供し、そこで起こっている火山活動に関する初めての洞察も含んでいる。これらの結果は、イタリア宇宙機関が提供したジュノーの木星赤外線オーロラマッピング装置 (JIRAM) によるもので、赤外線で「見る」ことができる。研究者らは、6 月 20 日に Nature Communications Earth and Environment 誌に、ジュノーの最新の火山発見に関する論文を発表した。

イオは、ガリレオ・ガリレイが地球の月よりわずかに大きい木星の衛星を初めて発見した 1610 年以来、天文学者の興味をそそってきた。それから約 369 年後、NASA の宇宙船ボイジャー 1 号が、この衛星の火山噴火を撮影した。その後の木星探査では、イオへのフライバイがさらに行われ、溶岩湖とともに、さらなる噴煙が発見された。科学者たちは現在、近隣の衛星と巨大な木星自体によってアコーディオンのように引き伸ばされ圧縮されているイオが、太陽系で最も火山活動が活発な世界であると考えています。しかし、イオの表面での火山噴火の種類については多くの理論がある一方で、それを裏付けるデータはほとんどありません。

2023年5月と10月の両方で、ジュノーはイオを通過し、それぞれ約35,000キロメートルと13,000キロメートル以内に近づきました。この魅惑的な衛星をよく観察したジュノーの機器の1つがJIRAMでした。

赤外線データ

NASAのジュノーに搭載されたJIRAM機器によって2023年10月15日に収集された赤外線データは、木星の衛星イオの溶岩湖、チョルス・パテラを示しています。チームは、湖の大部分が厚い溶融地殻で覆われており、イオ内部の溶岩が宇宙に直接露出している縁の周りには熱いリングがあると考えています。
NASA/JPL-Caltech/SwRI/ASI/INAF/JIRAM/MSSS
木星の深部から放射される赤外線（人間の目には見えない）を捉えるように設計された JIRAM は、ガス巨星の雲頂から50 ～ 70 キロメートル下の気象層を探査します。しかし、ジュノーの長期ミッション中、ミッション チームはこの機器を使用して、イオ、エウロパ、ガニメデ、カリストなどの衛星も調査しました。JIRAM のイオの画像には、多数のホット スポットの底を囲む明るいリングの存在が示されていました。

「JIRAM の赤外線画像の高い空間解像度と、フライバイ中のジュノーの好位置との組み合わせにより、イオの表面全体がカルデラのような地形にある溶岩湖で覆われていることが明らかになりました」と、ローマの国立天体物理学研究所のジュノー共同研究者アレッサンドロ・ムラ氏は語ります。「最も完全なデータがあるイオの表面領域では、約 3% がこれらの溶融した溶岩湖の 1 つで覆われていると推定されます。」(カルデラとは、火山が噴火して崩壊したときに形成される大きな窪地です。)

火を吐く湖
JIRAM のイオフライバイデータは、この衛星の豊富な溶岩埋蔵量を強調するだけでなく、表面下で何が起こっているかを垣間見ることができます。イオのいくつかの溶岩湖の赤外線画像には、溶岩湖の大部分を覆う中央の地殻と湖の壁との境界に、薄い円形の溶岩が写っています。湖の縁とその向こうに溶岩流が流れていないことから、融解物の循環が示唆されており、溶岩湖に噴出した融解物と地下システムに循環して戻った融解物のバランスが取れていることを示しています。
イオのロキ・パテラを覗いてみる（アーティストのコンセプト）
Looking Into Io’s Loki Patera (Artist’s Concept)
このアニメーションは、NASA のジュノー宇宙船に搭載された JunoCam イメージャーのデータを使用して作成された、木星の衛星イオの溶岩湖、ロキ・パテラのアーティストによる概念図です。内部に複数の島があるロキは、マグマで満たされ、溶けた溶岩で縁取られた窪地です。NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS
「イオで最も頻繁に発生する火山活動が何であるかがわかりました。それは、マグマが上下する巨大な溶岩湖です」とムラ氏は言います。「溶岩の地殻は湖の壁に向かって破壊され、ハワイの溶岩湖で見られる典型的な溶岩リングを形成します。壁の高さは数百メートルに及ぶとみられ、これが、火山活動によって形成されたボウル状の地形「パテラ」からマグマが溢れ出て月面を移動する様子が一般的には観察されない理由を説明しています。

JIRAM のデータによると、イオのホットスポットの表面の大部分は岩石の地殻で構成されており、マグマの中央湧昇により、1 つの連続した表面として周期的に上下に動いています。この仮説では、地殻が湖の壁に触れているため、摩擦によって
湖が滑るのを防ぎ、湖が変形して最終的に崩壊し、表面のすぐ下にある溶岩が露出する。

別の仮説も残っている。マグマが湖の真ん中で湧き上がり、広がって地殻を形成し、湖の縁に沿って沈み、溶岩が露出するのだ。

「私たちは、2023年12月と2024年2月にイオに接近して行ったJIRAMの結果にようやく取り組み始めたところです」と、サンアントニオのサウスウェスト研究所でジュノーの主任研究員を務めるスコット・ボルトン氏は述べた。「観測結果は、イオの火山活動に関する興味深い新しい情報を示しています。これらの新しい結果を、これまで見たことのないイオの北極と南極の火山を監視して地図を作成するジュノーの長期的なキャンペーンと組み合わせると、JIRAMはこの苦悩に満ちた世界の仕組みを知るための最も貴重なツールの1つになりそうです。」

ジュノーは6月13日に木星への62回目のフライバイを実施しました。これには高度約29,250キロメートルでのイオへのフライバイが含まれています。この巨大ガス惑星への63回目のフライバイは7月16日に予定されています。

ミッションの詳細
カリフォルニア州パサデナにあるカリフォルニア工科大学の一部門であるNASAジェット推進研究所は、サンアントニオのサウスウエスト研究所の主任研究員スコット・ボルトンのためにジュノーミッションを管理しています。ジュノーはNASAのニューフロンティアプログラムの一部であり、このプログラムはワシントンにあるNASAの科学ミッション局のためにアラバマ州ハンツビルのNASAマーシャル宇宙飛行センターで管理されています。イタリア宇宙機関（ASI）は木星赤外線オーロラマッパーに資金を提供しました。デンバーのロッキード・マーティン・スペースが宇宙船を製造し、運用しています。

ジュノーに関する詳しい情報は以下をご覧ください:
https://science.nasa.gov/mission/juno