木星の衛星エウロパの片側の半球に水蒸気が持続的に発生している証拠を発見:ハッブル望遠鏡

木星の衛星エウロパの片側の半球に水蒸気が持続的に発生している証拠を発見:ハッブル望遠鏡 天文・宇宙
©NASA, NASA-JPL, University of Arizona
画像:1997年6月、NASAのガリレオ探査機が77万6700マイルの距離から撮影した、ヨブ型衛星エウロパの写真。地球の月よりもわずかに小さいエウロパは、表面が非常に滑らかで、固体の氷の地殻は卵の殻を割ったような形をしている。内部には地球よりも多くの水を含む地球規模の海が存在しています。もしかしたら、私たちが知っているような生命体が存在するかもしれません。ハッブル宇宙望遠鏡によるエウロパの観測では、非常に希薄な大気中に持続的な水蒸気が存在することが明らかになっている。1999年から2015年までのハッブル宇宙望遠鏡の観測では、月の片側の半球に水蒸気が常に補充されていることがわかりました。これは、2013年にハッブルが行った観測で、月の地下の海から噴出する間欠泉から局所的に水蒸気が発生していることを発見したのとは異なる結果です。この水蒸気は、まったく別のプロセスで発生します。太陽の光によって表面の氷が昇華し、直接ガスに変化するのです。紫、緑、赤の画像を組み合わせたガリレオのカラー合成画像。ナチュラルカラー(左)と、月面の微妙な色の違いを強調したエンハンスドカラー(右)で表示されています。エウロパの表面の明るい白と青の部分は、ほとんどが水の氷で構成されており、氷以外の物質はほとんど含まれていません。長く暗い線は地殻の割れ目で、中には1,850マイル(約2977km)以上の長さのものもあります。ガリレオのミッションは2003年9月21日、意図的に木星の大気圏に突入するよう指令され、破壊されて終了しました。しかし、現在もガリレオが収集したデータの研究は続けられています。カリフォルニア州パサデナにあるジェット推進研究所(JPL)は、ワシントンDCにあるNASAの宇宙科学局のためにガリレオのミッションを管理しました。JPLは、カリフォルニア工科大学(Caltech)の運営部門です。この画像をはじめとするガリレオから受信した画像やデータは、ガリレオミッションのホームページに掲載されています。また、画像の背景情報や教育的背景も公開されています。

NASAのハッブル宇宙望遠鏡が木星の氷の衛星エウロパを観測した結果、持続的な水蒸気の存在が明らかになりましたが、不思議なことに片方の半球にしか存在しませんでした。

氷に覆われた表面の下には広大な海があり、生命の生存に適した環境であると考えられます。

今回の成果は、氷の月の大気構造についての天文学者の理解を深めるとともに、太陽から5億マイル離れた環境が生命を維持できるかどうかを探るために計画されている木星系への科学ミッションの基礎となるものです。

これまでに観測されたエウロパの水蒸気は、2013年にハッブルが撮影したように、氷を突き破って噴出するプルームと関連していました。

これは地球の間欠泉に似ていますが、高さが60マイル(96.5km)以上もあります。

この噴出物は、地球の表面気圧の10億分の1しかない月の大気中で、一時的に水蒸気の塊を発生させます。

しかし、今回の結果では、1999年から2015年までのハッブルの観測で、エウロパのより広い範囲に、同じような量の水蒸気が広がっていることがわかりました。

これは、エウロパの後行半球(月の軌道に沿って常に進行方向と反対側にある部分)にのみ、長期にわたって水蒸気大気が存在していることを示唆しています。

先行半球と後行半球の非対称性の原因は完全には解明されていない。

今回の発見は、スウェーデン王立工科大学(KTH)宇宙・プラズマ物理学部門のLorenz Roth氏が、木星の衛星「ガニメデ」の大気中に水蒸気を発見した手法を用いて、ハッブルのアーカイブ画像とスペクトルを新たに解析したことによるものです。

「ガニメデとエウロパの後縁で水蒸気が観測されたことで、氷の月の大気についての理解が進みました。しかし、エウロパの表面温度はガニメデよりも低いため、エウロパで安定した水の存在が検出されたことは、ガニメデよりも少し意外です。」

エウロパはガニメデよりも多くの太陽光を反射し、表面はガニメデよりも60℉(15.6℃)も低く保たれています。

エウロパの日中の最高気温はマイナス260℉(マイナス162℃)という寒さです。

Water Vapor Detected In Europa’s Atmosphere

しかし、今回の観測では、温度が低くても、ガニメデと同様に、エウロパの表面でも水の氷が昇華(固体から液体を経ずに直接蒸気に変化すること)していることが示唆されました。

この発見のために、Roth氏はハッブルの過去のデータを調べ、1999年、2012年、2014年、2015年にエウロパがさまざまな軌道位置にあったときに撮影された紫外線の観測データを選びました。

これらの観測はすべて、ハッブルの宇宙望遠鏡撮像分光器(STIS)で撮影されたものです。

このSTISの観測により、Roth氏はエウロパの大気中に水の構成要素の一つである酸素の存在量を決定し、異なる波長での発光の強さを解釈することで、水蒸気の存在を推測することができたのです。

今回の発見は、NASAの「Europa Clipper」や欧州宇宙機関(ESA)の「Jupiter Icy Moons Explorer」など、今後の探査機によるエウロパの詳細な研究に道を開くものです。

また、木星とその衛星の形成と進化を理解することは、他の星に存在する木星型惑星についての知見を得ることにもつながります。

今回の成果は、米国の科学雑誌「Geophysical Research Letters」に掲載されました。

Published by NASA.