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エミレーツ・マーズ・ミッション 新たに神秘的な火星オーロラを発見

アラブ首長国連邦宇宙機関(UAESA)が2021年2月14日に提供した、多波長観測カメラ「エミレーツ・エクスプロレーション・イメージャー(EXI)」により撮影された配布資料写真。(AFP)
アラブ首長国連邦宇宙機関(UAESA)が2021年2月14日に提供した、多波長観測カメラ「エミレーツ・エクスプロレーション・イメージャー(EXI)」により撮影された配布資料写真。(AFP)
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28 Apr 2022 12:04:16 GMT9
28 Apr 2022 12:04:16 GMT9

ドバイ:アラブ国家によって行われた最初の惑星間探査プロジェクトであるエミレーツ・マーズ・ミッション(EMM)は、画期的な一連の観測に続き、火星の謎めいた離散型オーロラの新たな画像を水曜日に発表した。

この発見は、火星の大気、磁場、太陽風の相互作用について、新たな解答、そして新たな疑問をもたらすものである。この観測には、EMMチームによって「曲折離散型オーロラ」と名付けられた、これまで見たことのない現象が含まれている。これは、惑星の半周に広がる巨大な線虫状のオーロラである。

「2021年に探査機『ホープ』が火星に到着した直後、この惑星の離散型オーロラを初めて撮像したとき、この壮大なスケールにおいて、これまでにない観測ができるという新しい可能性を確信しました。そして、これらのオーロラ現象への焦点を高める決断をしたのです」と、EMM科学リーダーのヘッサ・アル・マトルーシ氏は語った。「大気現象や相互作用を調べる目的で、ほぼ全球における大気のスナップショットを得ることができます。それは、私たちが想像もしなかった大きなスケールで、離散的なオーロラ効果を目にすることを意味するのです」

この曲がりくねったような「曲折離散型オーロラ」は、火星の昼側から夜側へ伸びる、何千キロも続く上層大気中のエネルギー化した電子放射の長い線虫状の筋で構成されている。火星が太陽嵐の影響を受け、通常よりも早い段階で乱れた太陽風電子の流れが発生した時期に撮影されたこれらのオーロラは、「ホープ」がこれまでに見た中で最も明るく、最も広範囲なオーロラの一つである。細長い形をしている理由として、磁気圏尾部において、電子のエネルギー状態が同様に細長い領域であることが原因である可能性がある。

惑星間磁場は太陽風に運ばれて火星の周囲に垂れ下がり、火星地殻の磁気と結合して火星の磁気圏尾部を形成し、火星の夜側に複雑な磁場の配列を形成している。

EMMプロジェクトディレクターのオムラン・シャラフ氏は次のように述べている。「通信帯域とリソースが増えたことで、当初予定していたよりも、この離散的なオーロラの領域に注力することができました。このような機敏な対応が功を奏し、短期的に起こるダイナミックな現象を解明するための新たな道を切り開くことができました。『新しい科学』はこのミッションの中心的な目標ですが、これは文句なく、新しい発見です」

探査機ホープに搭載されたエミレーツ・火星紫外線分光器「EMUS」を使って行われた観測は、90〜180ナノメートルの波長を捉えることが可能だ。今回の観測で得られた波長130.4ナノメートルの紫外線は、火星表面から約130キロメートル上空の火星上層大気において、高エネルギー電子が原子や分子に衝突している場所を示している。これらの電子は太陽風から飛来し、火星の磁気圏の電場によってエネルギーが供給されている。

カリフォルニア大学バークレー校のEMUSチームメンバーであるロブ・リリス博士は、次のように述べている。「なぜこのような形状で惑星規模の強烈なオーロラが観測されるのか。推測はできますが、確かな根拠はありません。私たちは今、NASAの探査計画MAVENや欧州宇宙機関のマーズ・エクスプレスなどのミッションによる火星の先行観測を再検討する必要があります。つまり、ホープの新しい観測結果に肉付けするような兆候を探し、火星で何が起こっているのかを解明する手助けをする機会を得ているのです」

電子は磁力線に従うため、その大気への経路はこの環境の磁場によって決定される。ホープが新たに観測したのは、夜側の大気に触れない「ドレープ」磁力線、両端が地殻に接続する「クローズ」磁力線、地殻と太陽風をつなぐ「オープン」磁力線などである。これらの「開磁力線」は、時に複雑なパターンで電子を大気に向かって放出し、その結果、EMUSが検出する紫外線に反映される。これらの発光は空間的に限定されているため、「離散型オーロラ」と呼ばれている。

火星の地殻磁場による通常のオーロラと並んで、今回ホープが観測したエネルギー電子衝突の複雑な形状のオーロラは、惑星と太陽の相互作用の組み合わせが火星の大気力学に与える影響を理解するための新しい道を開くものである。

火星ではこれまで、3種類のオーロラが観測されてきた。「拡散型」オーロラは激しい太陽嵐のときにのみ観測され、その最も高いエネルギーの粒子との相互作用によって惑星全体の大気が発光する。一方、離散型オーロラは非常に局所的で、これまでの観測から、火星の地殻に点在する磁性鉱物が作り出すパッチ状の磁場に直接関連しているという説が有力視されている。これらのオーロラはいずれも火星の夜側で観測されている。3番目の「プロトンオーロラ」は火星の昼側で観測され、太陽風と火星の外気圏の水素との相互作用によって作り出される。

この3種類のオーロラは以前から認識されてきたが、火星到着直後のEMM探査機による新しい観測が行われるまで、離散型オーロラの鮮明な全体像は得ることができなかった。今回、EMMの科学チームが離散型オーロラ観測にさらに注力した結果、この新しい現象である「曲折離散型オーロラ」の観測に成功した。「最初の離散型オーロラの観測以来、火星大気中の荷電粒子の相互作用について新たな洞察をもたらす、信じられないような新しいパターンのオーロラを見続けています」とアル・マトルーシ氏は語る。「EMM科学チームが解明すべき、非常に多くの新情報がここにはあるのです」

火星探査機「ホープ・プローブ」に搭載された3つの観測装置の1つ、EMUSの主な科学的目標は、火星の熱圏における酸素と一酸化炭素の測定と、外気圏における水素と酸素の変動の調査である。

ホープは火星に対して25度の傾斜で、高度2万〜4万3000キロメートルの楕円形の科学軌道を計画通りに回っている。この探査機は55時間ごとに火星を1周し、2年間のミッションを通して、9日ごとに惑星の全データを取得し、火星の大気力学をデータ化する。

EMMと探査機ホープは、2006年に始まった知識移転と開発の努力の集大成である。首長国のエンジニアたちが世界中のパートナーと協力して、UAEの宇宙船設計、エンジニアリング、製造能力を発展させてきた。「ホープ」は完全自律型の宇宙船で、火星の大気を測定するための3つの観測機器を搭載している。この宇宙船の重量は約1350キログラムで、小型SUVほどの大きさである、コロラド大学ボルダー校の大気宇宙物理学研究所(LASP)、アリゾナ州立大学、カリフォルニア大学バークレー校などの学術パートナーと協力して、ムハンマド・ビン・ラシド宇宙センター(MBRSC)のエンジニアが設計・開発したものである。

EMMは火星大気とその上層部および下層部の関係を研究しており、今回初めて、国際的な科学コミュニティに、異なる季節を通して、異なる時間帯における火星大気の全体像を提供することが可能になった。科学データは3ヶ月ごとに公開され、世界中の研究者や愛好家が自由にアクセスできるようになっている。

2021年、ホープ・プローブが赤い惑星へ到着した歴史的なこの年は、UAEの建国50周年でもあった。

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