研究課題
特別研究員奨励費
本研究は太陽系で最も火山活動が活発な天体である木星衛星イオの大気の生成・散逸過程の理解を目的とする。イオの二酸化硫黄を主成分とした大気は火山の直接噴火及び表面の霜の昇華によって生成される。大気は硫黄と酸素原子に解離し、イオ軌道周辺を周回するイオンと弾性衝突することでイオ重力圏を脱出し、中性雲を軌道周辺に形成する。ひさき衛星及びALMA望遠鏡の観測結果を用いてイオの大気生成における火山活動と昇華の寄与、および大気散逸の詳細な過程(イオ軌道周辺のイオンと大気の衝突の範囲や高度、回数等)を理解する。
本研究の目標は太陽系で最も火山活動が活発なイオの大気生成・散逸過程を理解することである。目標の達成に近づくために電波干渉計ALMA のアーカイブデータの解析を行った。その結果、木星衛星イオのSO2分子の純回転スペクトル強度の空間分布から、火山が密集している赤道周辺の西側(A)と、北半球高緯度の東側(B)にSO2ガスが集中していることを明らかにした。また、これらの領域で、SO2のスペクトルの形や複数の輝線の発光強度比が異なることを見出した。その原因としては、溶岩による蒸発と噴火口からのプルームの二種類の放出メカニズムの寄与とその変動が考えられる。領域Aではイオが陰に入る前は151 ± 70 K に対し、入った後は311 ± 41 K に上昇することが分かった。この領域ではイオが陰に入った後、昇華大気が凝結により消失し、溶岩起源ガスのみが残されたと考えた。一方、領域Bのスペクトル形状は、二つの速度成分の重ね合わせで説明できた。それらの成分の速度差は～0.6 km/s で、プルームによって放出されているガス速度の視線方向成分と地表付近からの昇華成分との差を反映していると解釈できる。これらの成果を複数の学会および研究集会で発表した。また、The Astrophysical Journal Lettersにこの内容を論文として投稿し、受理・出版された。紫外線宇宙望遠鏡ひさき衛星のデータを解析することで、イオ軌道周辺の酸素原子による紫外線発光の時空間変動の調査を行った。その結果、観測から酸素中性トーラスの空間分布、及びその火山活動に伴う長期間の変動をはじめて明らかにした。共同研究によってこのひさきの観測結果と3次元モンテカルロモデルの比較を行い、イオから原子を火山プルーム周辺で局所的に散逸しているかを議論している。その結果は今後論文として投稿する予定である。
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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The Astrophysical Journal
巻: 907 号: 1 ページ: L6-L6
10.3847/2041-8213/abd39f
Journal of Geophysical Research: Space Physics
巻: in press 号: 5 ページ: 3236-3254
10.1029/2018ja026038
巻: 124 号: 12 ページ: 10318-10331
10.1029/2019ja026877
