水星にもオーロラはありますが、まだ光は出ていません。

制作：中国科学普及協会

著者: 王宇奇 (中国科学院地質地球物理研究所)

プロデューサー: 中国科学博覧会

オーロラは肉眼で見える唯一の宇宙物理現象です。

地球上のオーロラは、磁気圏と太陽風からの高エネルギーの荷電粒子が地球の磁場によって地球の大気圏に導かれ、上層大気の原子と衝突することで発生する光現象です。北極と南極の近くによく現れるため、オーロラと呼ばれています。

知っていましたか？オーロラは地球だけでなく、他の惑星でも見られます。

オーロラは地球上だけに存在するのではありません。

オーロラにはさまざまな形があり、一般的には帯状、弧状、カーテン状、放射状などです。これらの形は安定している場合もあれば、連続的に変化する場合もあります。

オーロラ現象

（写真提供：Veer Gallery）

オーロラの色は、オーロラが発生する高度における大気原子の種類と、それらが吸収するエネルギーによって決まります。最も一般的なのは緑と赤のオーロラですが、青や紫のオーロラもあります。時々、緑と赤が混ざったピンクや黄色のオーロラが現れることもあります。

何千年も昔から、壮大なオーロラ現象は世界中の文明によって記録されており、人類の自然界の探究と人類文明の進化を目の当たりにしてきました。

チリのパラナル天文台の可視赤外線サーベイ望遠鏡 (VISTA) で観測された大気の輝き

(画像出典: (LCO)/ESO)

現代科学技術の急速な発展により、深宇宙観測技術は私たちに独自の視点をもたらし、地球以外の天体におけるオーロラ現象の観測と研究を可能にしました。

ハッブル宇宙望遠鏡は1990年代初頭に木星のオーロラを捉えました。カッシーニ宇宙船の狭角カメラは、2009年10月5日から8日にかけて土星の北の空に輝くオーロラを撮影しました。

金星や火星でもオーロラが観測されています。金星と火星には地球、木星、土星のような全球的な双極子磁場がないため、オーロラが発生する場所は極地に集中せず、より分散しています。

NASAは1998年1月にハッブル宇宙望遠鏡で撮影された木星のオーロラの写真を公開した。

(画像提供: NASA)

これらの惑星の他に、オーロラがある惑星はありますか?

答えは「はい」です。

最近 Nature Communications に掲載された「水星におけるサブストームに関連した電子の衝動的な注入の直接的な証拠」と題する記事では、太陽系で太陽に最も近い惑星である水星に焦点を当て、この惑星のオーロラに関連する発見と調査を明らかにしています。

論文のスクリーンショット

（画像出典：ネイチャーコミュニケーションズ）

この研究は、水星にオーロラまたはオーロラのような現象が発生する可能性を証明する可能性があります。

水星：オーロラを理解するための新たな視点

太陽に最も近い惑星である水星は、常に科学者の研究の焦点となってきました。

水星には弱い磁場があり、それが太陽風と相互作用して小さな磁気圏を形成します。水星の磁気圏は、太陽風との相互作用によって形作られる動的な場所であり、複雑な一連の物理プロセスを生み出します。

水星の磁気圏は地球の磁気圏よりもコンパクトで、大きさは地球の約 5% であり、惑星表面から水星の半径の約 1.45 倍の位置にあります。

これにより、水星の磁気圏は急速に再構成され、変化しますが、その重要なプロセスはダンジーサイクルとして知られています。ダンジーサイクルでは、プラズマが加速され、輸送され、失われ、循環し、水星の外側の循環電流、水星サブストームなどのさまざまな「神秘的な」現象が形成されます。

水星の磁気圏の模式図

（画像提供：北京大学の宗秋剛チーム）

しかし、水星におけるこれらのプロセスについてはほとんどわかっておらず、水星にオーロラが存在するかどうかは謎のままです。

2021年10月1日、欧州宇宙機関（ESA）と宇宙航空研究開発機構（JAXA）の共同探査ミッションであるベピコロンボ計画が初めて水星上空を飛行し、この神秘的な惑星の宇宙環境に関する理解に新たな知見をもたらしました。

ベピコロンボによる最初の水星フライバイの際、科学者たちは水星の磁気圏内の顕著な圧縮特性を観測した。

水星の磁気圏と太陽風の相互作用により、磁気圏はこれまでのメッセンジャー探査機で観測された平均圧力の2倍以上に圧縮されると考えられています。

これは、水星の磁気圏が太陽風の影響を受けて急速に変化していることを意味します。この現象の出現は、その後の観察にとって重要な背景情報を提供します。

ベピコロンボは水星への最初のフライバイ中に水星表面に放出された電子を観測する

（写真提供：相澤 紗英）

ベピコロンボが水星の磁気圏に入った直後、科学者たちは高エネルギー電子のエネルギー時間分散（異なるエネルギーの粒子が分離している）を観測したが、これは水星ではこれまで観測されたことのない特徴である。同時に、100 eV から数 keV のエネルギー範囲の電子は、30 ～ 40 秒周期の明確な周期的変動を伴う明らかなフラックス増加を示します。

観測されたエネルギー分散型電子（赤い矢印は電子流の周期的な変動を示す）

（写真提供：相澤 紗英）

これらの特徴は、電子が水星の磁気圏の磁気圏尾部付近で加速され、その後昼側領域に急速に漂い、閉じた磁力線に注入され、最終的に表面に落ち着くことを示しています。

このプロセスは「電子注入」と呼ばれ、オーロラ生成のための「緑色チャネル」を提供します。

地球上では、高エネルギー粒子がチャネルに入り、大気中の原子を励起し、最終的にオーロラを生成します。しかし、地球とは異なり、水星には大気がほとんどなく、電子はチャネルに入った後、力を及ぼす場所がありません。そのため、地球に似たオーロラは水星では観測されていません。

地球の電子注入の模式図

（画像提供：南方科技大学のヤン・ジアン氏のチーム）

結論

この研究では水星のオーロラを直接観測したわけではないが、オーロラの発生に密接に関連する一連の物理現象を観測した。これにより、惑星オーロラの不思議の背後にある謎を解明するための新たな視点が得られ、惑星オーロラの発生メカニズムと進化のプロセス、およびさまざまな天体と太陽の複雑な相互作用について、より包括的な理解が得られるようになります。

宇宙探査技術の継続的な進歩により、水星は太陽系の惑星の光の謎を明らかにし、私たちにさらなる驚きと発見をもたらし続けると信じています。