TOP > レポート＆コラム > 宇宙科学の最前線 > 極端紫外線分光で分かる惑星プラズマ環境と惑星大気流出
| │１│２│３│ |
惑星プラズマ環境と惑星大気流出の科学
太陽系の惑星を議論するときに複数の観点がありますが、ここでは固有磁場の強弱に着目します。地球には固有磁場が存在し、その磁気圧が電磁場を伴う宇宙空間のプラズマの流れ（太陽風）の動圧とちょうどよいバランスを保ち、磁気圏が形成されています。そのバランスが崩れ、太陽風が強力になると爆発的なオーロラ発光現象や磁気圏嵐・電離圏嵐が発生するなど、ドラスティックな変化をします。
木星や土星には強大な固有磁場が存在し、惑星の自転速度も速いため、惑星近傍には太陽風の影響が及ばないと考えられています。磁気圏内のプラズマが惑星自転運動に近い角速度で惑星のまわりを回転する領域が、惑星本体近傍にあり、内部磁気圏と呼ばれています。この内部磁気圏プラズマとその外側の磁気圏プラズマの間の物質やエネルギーの移動には、数十日以上の時間がかかると考えられています。特に、木星の内部磁気圏に特徴的なことは、木星中心から木星半径の約6倍の位置に衛星イオが存在することです。イオには火山活動があり、硫黄やナトリウムを含む火山ガスが内部磁気圏に放出されています。この火山ガス起源のプラズマが木星と共回転し、イオの公転軌道に沿ってドーナツ状に分布していることが光学観測で明らかにされており、イオプラズマトーラスと呼ばれています。
しかし最近、このイオプラズマトーラスの発光現象の観測から、太陽風の影響が内部磁気圏には及ばないというこれまでの解釈の反証の一例が得られています。イオプラズマトーラス発光は内部磁気圏の状態を反映し、木星の極域オーロラ発光は外部磁気圏の活動度の指標となります。太陽風の影響が内部磁気圏には及ばないという考察が正しければ、それぞれの増光タイミングには関連性がないはずですが、非常に短い時間差でほぼ同時に増光していることが観測されているのです（図1）。発光はその領域にエネルギーが流入している証拠であるため、これまで理解されていないエネルギー輸送プロセスが存在することを示しています。イオプラズマトーラスと木星極域オーロラを同時に高時間分解能で連続観測することにより、内部・外部磁気圏間のエネルギー輸送プロセスが判明すると期待されています。
 |
||
|
一方、固有磁場の弱い金星や火星では、太陽風が惑星近傍にまで押し寄せ、太陽風に直接作用された惑星大気が宇宙空間へ流出します。大気流出の規模が、惑星が大気を保有するか否かを決定づける一因となります。地球は固有磁場の存在効果で大気流出の規模が弱く、生命が繁栄する惑星に進化を遂げました。しかし地球型惑星に分類されるものの金星と火星は、一方は暴走温室効果により高温高圧の灼熱地獄、一方は低温低圧の乾燥地帯であり、生命の繁栄には程遠い過酷な大気環境となりました。
太陽風動圧や紫外光放射量などに代表される太陽活動度は、太陽系誕生直後は非常に高かったと予測されています。したがって初期から現代までの大気流出の変遷を理解するには、広範囲の太陽活動条件下で大気流出量を定量的に調べることが必要です。全体量測定には、領域全体を見渡すことができる光学観測が適しています。また、太古の太陽の活動度には及びませんが、現在の太陽活動極大期は、大気の流出量測定のためには、またとない絶好の機会です。
| │１│２│３│ |