火星にもオーロラがあり、新しい研究によれば、それらは地球の極空を照らすのと同じ物理メカニズムで形成されることがわかった。
NASAのMAVENオービターのデータを分析している科学者たちは、火星の特定のオーロラが、地球の北極光と南極光を駆動する磁気リコネクション過程であるダンジーサイクルのミニチュア版によって生成されていることを発見した。この発見はNature Communicationsに掲載され、電子がどのようにエネルギーを得て火星のオーロラを生成するかという長年の疑問に答えている。
より小さなスケールの磁石
地球のオーロラは、その鉄芯の対流によって生成される惑星全体の磁場に依存している。太陽風の磁力線が地球の磁気圏とリコネクションすると、エネルギーと荷電粒子が上層大気に流れ込み、おなじみの緑と赤の光のカーテンを生成する。
火星にはそのような全体磁場はない。その代わりに、約40億年前に存在した全体磁場の化石的な残骸である局所的な地殻磁場が、古代の溶岩が冷える際に岩石に凍結されて存在している。これらの地殻磁場は、火星表面に散在する多数の微小火星球として機能する。
MAVENチームは、これらの局所磁場内での磁気リコネクションが、地球のダンジーサイクルと同じ原理で、はるかに小さなスケールで動作することを発見した。
「磁気リコネクションが火星で起こっていることは知っていましたが、それがダンジーサイクルのようになるとは予想していませんでした」と、本研究の筆頭著者でカリフォルニア大学バークレー校の研究者であるShaosui Xu氏は述べた。
最後のパズルピース
この発見では、MAVEN搭載の複数の機器を用いて完全な全体像を構築した。磁力計が磁気配置をマッピングし、太陽風電子分析装置が電流を追跡し、STATIC装置が電離圏のプラズマ流を測定した。
「必要なデータを得るためにSTATICの限界まで本当に押し上げました」とXu氏は述べた。「これらの局所的なオーロラを理解する上で、それが最後のパズルピースでした。」
この結果は、ダンジー型のリコネクションメカニズムが、地球の全球磁気圏から火星の地殻磁場のパッチワークまで、まったく異なる規模で動作できることを示している。
「これは火星のオーロラに対する考え方を変える注目すべき結果です」と、コロラド大学ボルダー校のMAVEN主任研究者であるShannon Curry氏は述べた。「そして、同じ基礎物理学に支配されているにもかかわらず、なぜ火星と地球がこれほど異なる進化を遂げたのかを理解するためのもう一つの重要な一歩です。」
ミッションの最後の贈り物
MAVENは2013年に打ち上げられ、10年以上にわたって火星の上層大気を研究してきた。この宇宙船は、地球との交信を失ってから6か月後の2026年6月3日に復旧不能と宣言された。喪失前に収集されたデータから得られたこの発見は、火星大気とその太陽風との相互作用に関する理解を変えたミッションの遺産に新たな一章を加えるものである。
雅子 訳