米航空宇宙局（NASA・ナサ）は毎日、広大な宇宙を観測した多様な写真と映像を「今日の天体写真（Astronomy Picture of the Day）」として公開している。18日（現地時間）ナサはジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡が木星の高解像度赤外線写真を公開したと明らかにした。木星が今日の天体写真に登場したのは1月だけで早くも3回目である。なぜ科学者たちは太陽系の数多くの惑星の中でとりわけ木星を好むのか。木星のどの側面が科学者たちを魅了したのか。
◇南北極のオーロラと大赤斑が鮮明
ジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡は米国と欧州、カナダが25年にわたり13兆ウォンを投じて開発した史上最大サイズの宇宙望遠鏡である。2021年のクリスマスに宇宙へ打ち上げられ、翌年1月に地球から150万㎞離れた観測地点に到着した。ジェームズ・ウェッブは直径6.5mの反射鏡を搭載し、これまで打ち上げられた天文望遠鏡の中で最大規模であり、ハッブル望遠鏡より6倍以上多くの光を集められる。
今回ジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡は赤外線波長で木星をとらえた。以前の写真と異なり暗く見える木星には、南北極で明るく輝くオーロラと赤道の下に大赤斑（great red spot）が見える。大赤斑は木星南半球で反時計回りに時速650㎞以上の速度で回転する高気圧性の嵐である。数百年の間は地球の3倍を超える大きさだった大赤斑は、ここ数年で左右方向に縮小し地球と同程度の大きさになった。
写真には木星周辺の淡い縞模様も見える。オーロラと衛星は非常に明るいため、光がジェームズ・ウェッブ望遠鏡の周囲で変形する。すなわち光や音、波などの波動が障害物や狭いすき間に出合ったとき、その縁を回り込んで広がったりすき間の後ろ側へ曲がる回折現象である。写真にはオーロラと衛星イオの回折縞が長く伸びて現れた。
今回の写真には木星の衛星であるアマルテアとアドラステアも鮮明に見える。現在までに知られている木星の衛星数は95個である。2023年2月に衛星12個が追加され、木星は土星を抜いて太陽系で最も多くの衛星を持つ惑星になった。1610年にイタリアの科学者ガリレオ・ガリレイが木星周辺で発見したイオ、エウロパ、ガニメデ、カリストなど、いわゆるガリレオ衛星が最も大きい。
◇東西風が生み出す巨大な嵐
木星は直径が地球の11倍にもなり、質量は300倍と巨大なガス型惑星である。構成成分は太陽と同様に大部分が水素とヘリウムだ。木星を形作る物質は太陽を除き、惑星と小惑星、彗星など太陽系の全ての天体を合わせたものより2倍も多い。
自転と公転の速度は地球と著しく対照的である。木星は太陽から地球の5倍遠く離れており、太陽を公転するのに12年もかかる。木星の1年が地球の12年ということだ。しかし自転速度は非常に速く、木星の1日は地球の10時間にすぎない。
ナサは10日にもジェームズ・ウェッブが赤外線で観測した木星の写真を公開した。普段のように木星大気で雲がうねる様子である。木星は太陽と正反対の位置にあり、地球からの観測に最も近く明るかった。
公開3日前に撮影された写真は、雲の帯とともに赤道南側の大赤斑も鮮明に示した。大赤斑が縮小していると伝えられているが、依然として地球と同程度の大きさである。とりわけ2つの小さな赤斑も見える。1つは最北端区域の上部に、もう1つは南極付近にある。
木星の写真に見える雲は大半がアンモニアと硫化水素で構成される。水成分の雲は大気のかなり深いところまで入らなければ出合えない。木星の象徴ともいえる縞模様は上層大気で発生する強い東西風が作る。その中に数年続く嵐がある。オレンジ色の縞は下降する部分で英語でベルト（belt）と呼ぶ。上昇する明るい部分はゾーン（zone）という。両者はそれぞれ互いに反対方向の東と西へ流れる。
◇太陽系で最も強力な磁場
木星は大きさや構成成分から見て、太陽系で最初に生まれた惑星と推定される。太陽系の長兄らしく強力な重力と磁場で弟分を守る。宇宙を漂う小惑星が地球の方向へ飛来しても、その途中で地球より2.5倍強力な木星の重力に捕らわれやすい。
木星の磁場は表面で地球の14〜20倍であり、全体エネルギーでみれば地球の1万8000〜2万倍に達する。磁場とは、磁石や電流が物体を引き付けたり押しのけたりする力である磁力が及ぶ空間を指す。木星はこのように強力な磁場で、高エネルギー粒子の流れである太陽風も遮る。
木星はなぜ地球より磁場が強力なのか。まず地球と木星はいずれも同じ原理で磁場を作る。いわゆる「ダイナモ（dynamo・発電機）理論」で説明される。発電機の内部でコイルが巻かれた電磁石が回転し磁場を変化させて電流を発生させるように、地球外核に溶けている磁性体が自転に従って回転し、誘導電流を生む。このとき発生した電流はファラデーの電磁誘導の法則どおり、再び磁場を作り出す。この過程が繰り返されることで磁場が生じるというわけだ。
木星の磁場が地球と異なるのは、回転する物質の違いによる。地球では外核に溶けた鉄とニッケルが回転する対流で磁場を作る。これに対し木星では液体状態の金属水素が回転して磁場が生じる。
一般に水素といえば気体をまず思い浮かべるが、木星では莫大な大気圧のために水素が液体へと圧縮される。木星大気の3分の1の深さでは、水素が金属のように電気が通る液体状態になる。木星が凄まじい速度で自転するとき、渦を巻く液体金属水素の海が強力な電流と磁場を生み出す。
◇ジュノー探査機がとらえた高解像度の木星の雲
ナサは1970年代から木星に無人探査機を送り観測してきた。現在太陽系外縁まで到達したボイジャー1号は1979年、木星で微小な塵粒子から成る薄い環を3本発見した。1987年に木星探査機ガリレオが宇宙へ飛び立ち2003年まで任務を果たしたのに続き、2011年8月5日にジュノーが打ち上げられ、2016年7月5日に木星軌道へ到着した。
ナサは6日、ジュノーが撮影した木星の写真を公開した。ジュノーは今回の観測で、木星が予想よりはるかに複雑である事実を見いだした。地球の磁場が棒磁石のようにN極とS極という双極子であるのに対し、木星は異なっていた。とりわけ北極より南極に極が複数あることが明らかになった。ジュノーの電波観測の結果、木星の大気は上層雲の下、数百㎞の深さまで明瞭に現れた。
ジュノー探査機は2021年に木星の衛星ガニメデを探査し、翌年にはエウロパ表面の谷と衝突孔を詳細に観察した。ジュノーのエウロパ探査結果は、ナサが2024年11月に打ち上げたエウロパ・クリッパー（Europa Clipper）探査機に有用な資料となる。クリッパーは2030年に木星軌道へ到着する予定である。
エウロパは土星の衛星エンケラドゥスとともに、厚い氷殻の下に生命が生存し得る海がある可能性が最も高い天体とされる。エウロパ・クリッパーの目標は、エウロパ表面26㎞上空まで接近して高解像度の写真を撮影し、化学成分を分析することだ。これを通じて生命が生存し得るかどうかを確認する予定である。