【惑星科学】木星深部の特性を調べる
Nature
巨大ガス惑星の1つである木星について、重力場、大気流、内部組成、極低気圧などの詳細な特性を報告する4編の論文が、今週掲載される。これらの論文には、NASAの木星探査機「ジュノー」のミッションによって得られた重要な知見の一部が紹介されている。木星の表面には、独特な暗い「縞」と明るい「帯」があり、これまで盛んに研究されてきたが、木星の深部の解明は進んでいない。
Luciano Iessたちの研究グループは、ジュノー探査機の移動に基づくドップラーデータを用いて、南北非対称であることが知られる木星の重力場を調べた。木星は、南北がつぶれた楕円形の流体惑星で、高速回転しているため、南北非対称性は予想外のことだったが、その原因が大気風と内部の風の流れであることをIessたちが明らかにした。また、別の2つの研究グループが、この風の流れの深度を評価した。Yohai Kaspiたちの研究グループは、木星の「奇数次」の重力モーメントを分析し、雲層から3000キロメートルの深さまでジェット流が吹いていることを明らかにした。加えてKaspiたちは、木星大気の乱流に木星の全質量の約1％が関係していることも報告している。一方、Tristan Guillotたちの研究グループは、「偶数次」の重力モーメントを分析して、雲層下3000キロメートルより深い木星の内部が水素とヘリウムの流体混合体でできており、剛体回転していることを明らかにした。
さらに、Alberto Adrianiたちの研究論文には、ジュノー探査機による木星の極域の包括的な可視光および赤外光の観測結果が報告されている。この観測によれば、木星の両極に存在することが知られるサイクロンによって形成された多角形パターンが持続しており、北極では、1個のポーラーサイクロンの周りに8個の周極サイクロンが回転し、南極では、1個のポーラーサイクロンの周りに5個の周極サイクロンが回転していた。しかし、周極サイクロンの起源とそれらが合体せずに存在し続けているプロセスについては解明されていない。
同時掲載されるJonathan FortneyのNews & Viewsには、木星と土星の内部ダイナミクスに関して一貫した物理像を構築できれば、この種の巨大ガス惑星の内部ダイナミクスの理解を深める上で重要な役割を果たすようになるという結論が示されている。
doi: 10.1038/nature25775 | 英語の原文doi: 10.1038/nature25793 | 英語の原文
doi: 10.1038/nature25776 | 英語の原文
Detailed insights into the properties of Jupiter, including its gravitational field, its atmospheric flows, its interior composition and its polar cyclones, are reported in four papers published in this week’s Nature. The studies present some of the key findings of NASA’s Juno mission to the gas giant. Despite extensive studies of Jupiter’s surface, with its distinctive dark ‘bands’ and bright ‘zones’, the planet’s deep interior has remained poorly understood.
Luciano Iess and colleagues used Doppler data based upon the Juno spacecraft’s motion to study Jupiter’s gravitational field, which is known to vary from pole to pole. The authors show that this north-south asymmetry, which is unexpected for a fluid planet that is fast-rotating and oblate (squashed at the poles), results from atmospheric and interior wind flows. Two further studies assess the depths of these flows. Yohai Kaspi and colleagues analyse Jupiter’s ‘odd’ gravity moments, and show that its jet streams extend to 3,000 kilometres below cloud level. They also report that Jupiter’s turbulent atmosphere involves about 1 per cent of the planet’s total mass. From their analysis of the ‘even’ gravity moments, Tristan Guillot and co-authors find that at depths greater than 3,000 kilometres below cloud level, Jupiter’s deep interior is made up of a fluid mixture of hydrogen and helium, rotating as a solid body.
In a fourth paper, Alberto Adriani and colleagues report comprehensive visible and infrared observations made by Juno of Jupiter’s polar regions. They find that the cyclones known to exist at Jupiter’s poles create persistent polygonal patterns. At the north pole, eight circumpolar cyclones rotate around a single cyclone, whereas the south polar cyclone is circled by five such cyclones. The origins of these cyclones and how they persist without merging remain unknown, however.
Writing in an accompanying News & Views article, Jonathan Fortney concludes that if a consistent physical picture can be put together for the interior dynamics of Saturn as well as Jupiter, it would go a long way towards solidifying our understanding of the internal dynamics of this class of gas giant planets.
DOI:10.1038/nature25775 | Original articleDOI:10.1038/nature25793 | Original article
DOI:10.1038/nature25776 | Original article
doi: 10.1038/nature25491
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