NASAのジュノー探査機は、木星の最も内側にあるガリレオ衛星であり、太陽系で最も火山活動が活発な天体であるイオの表面下の温度を初めて測定した。このデータは2回の接近フライバイ中に収集され、2026年7月22日に『Journal of Geophysical Research: Planets』に発表された。データは、衛星地殻の上部数メートルで20度以上の温度上昇を示し、広大な領域にわたって表面が予想外に滑らかで多孔質であることを示している。
この知見は、ジュノーのマイクロ波放射計（MWR）によるものである。MWRは1.3センチメートルから51センチメートルの波長のマイクロ波を検出する6つのアンテナを備えた機器である。元々は木星の雲を透視するために設計されたが、MWRはジュノーの拡張ミッション中に、ガニメデ、エウロパ、イオの3つのガリレオ衛星の観測に使用されてきた。ガニメデとエウロパでは、この機器は氷の表面の数マイル下まで探査したが、イオの火山岩を透視できたことは予想外の利点であった。
2023年12月30日と2024年2月3日のフライバイ中、ジュノーはイオの表面から約1,500キロメートルの距離を通過した。MWRは、数センチメートルから数メートルの深さから上昇する熱放射を測定した。各波長は異なる深さまで透過するため、6つのチャンネルを組み合わせることで浅い地下の垂直温度プロファイルが得られる。
内部加熱を示す温度勾配
MWRのデータは、すべてのサンプリング緯度において最低周波数チャンネルで大きなスペクトル傾斜を示し、上部数メートルで有意な内部加熱が起こっていることを示した。温度は表面温度と比較して20度以上上昇しており、大気のない世界を太陽光が暖めるだけでは説明できないほど急勾配の温度勾配である。
JPLのShannon Brownが率いる研究チームは、観測されたマイクロ波スペクトルを説明するために2つのモデルを適用した。最初のモデルでは、熱は伝導性のある表面近くの層を通じて着実に上昇し、1平方メートルあたり1から3ワットのバックグラウンド熱流を生み出す。単一の場所では控えめであるが、この流れをイオの表面全体で積算すると、地球の全球平均の最大30倍の熱放出に相当する。
2番目のモデルは、信号が冷却中の地殻の下に埋もれた比較的新しい溶岩流または熱噴出孔から来ているとする。このシナリオでは、高温の物質は表面の約10メートル下にあり、任意の時点でイオの面積の約10パーセントを覆っている。溶岩は5年未満と推定され、衛星表面全体で噴火、埋没、冷却の連続的なサイクルが示唆される。
MWRのデータはこれらの2つのシナリオを区別することはできず、両方がイオ全体で同時に作用している可能性がある。
軽石と灰のような表面
温度プロファイルに加えて、MWRのデータはイオの表面の予想外の特性を明らかにした。衛星はマイクロ波を鏡面反射しており、高い山や火山カルデラという目に見える地形があるにもかかわらず、100キロメートル規模で著しく滑らかな表面を示している。山岳地帯から離れると、表面は起伏の多い火山世界というよりもグレートプレーンズに似ている。
マイクロ波データはまた、表面物質の誘電率を2から4の間に制限し、上部10センチメートルで1立方センチメートルあたり0.7から1.1グラムの密度に相当する。比較として、固体の火山岩の密度はおよそ1立方センチメートルあたり2.5から3グラムである。低密度は、イオの表面が固体の岩というよりも、高度に多孔質で断片化された物質、軽石やふわふわした火山灰により近いことを示している。この機器は基本的に、衛星の広大な領域にわたって、固い岩盤よりも緩く壊れた瓦礫のような表面を観測した。
この多孔質の表面層は、イオを覆う絶え間ない火山噴出物から生じている可能性が高い。数百の活火山があり、衛星は緩い空挺物質を堆積させる噴火によって絶えず表面を更新されている。
潮汐加熱とより広い全体像
イオの極端な火山活動は潮汐加熱によって駆動されている。木星の重力とエウロパおよびガニメデからの重力の引っ張りが常に衛星を変形させ、放射性崩壊だけでは生み出せない内部摩擦を発生させている。
ジュノーの結果は、潮汐熱がどのように岩石地殻を移動するかについて新たな視点を提供する。科学者らは以前は、赤外線測定または噴火の直接観測を通じて、イオの表面から逃げる熱しか観測できなかった。MWRのデータは、熱が浅い地下でどこに貯蔵され、どのように輸送されるかを示し、研究者らが潮汐エネルギーが内部から表面へどのように流れるかを特徴づけることを可能にする。
この技術はイオを超えた意味を持つ。イオの火山活動を駆動するのと同じ潮汐力が、エウロパとエンケラドスの地下液体水海洋を維持している。潮汐加熱が異なる地殻タイプ（イオの岩石質とエウロパの氷質）を通じてどのようにエネルギーを分配するかを理解することは、これらの衛星がシステムとしてどのように機能するかのより良いモデル構築に役立つ。マイクロ波放射測定が岩石衛星の表面下を見ることができるという発見は、地球の火山の研究にも意味を持つ。
この論文は、JPL、Caltech、SwRI、およびその他の機関のShannon Brownと同僚らによるものである。
画像
画像: なし。衛星の単一合成画像については、NASAのイオ公式画像を参照。
英語からの翻訳：雅子 – 1ban.news