地上のものよりも最大10,000倍の電力

何世紀にもわたって、雷は自然の力を直感的に測るものでした。地球では、稲妻が数秒間空を照らしたり、木を折ったり、巨大なエネルギーの幻想を煽ったりすることがあります。しかし、木星の方を見ると、そのイメージさえも不十分になります。そこでは、嵐がさらに大きくなるだけではありません。それらは別のカテゴリです。そして今、Juno のおかげで、私たちはその程度を理解し始めています。

2016年にこの惑星に到着して以来、ジュノーは雲の中を周回し、数カ月、場合によっては数世紀にも及ぶ嵐の帯を横切っている。しかし、最近変わったのは、より多くの雷が発生するのではなく、初めて正確に測定できるようになったということです。そしてそれが問題の規模を変えた。科学者チームが率いる マイケル・ウォンは、木星の一部の光線が地球の光線よりもはるかに強力であることを発見しました。 そして、これは修辞的な誇張ではありません。私たちが話しているのは、エネルギー的に見て、典型的な地上落雷のエネルギーの数百倍から数千倍に達する可能性がある放電についてです。

木星に巨大な稲妻があるという考えは何十年も前からすでに検討されていました。最初の探査機は、それらを地球の夜側で激しい閃光として検出しました。しかし、問題がありました。私たちは最も明るく、最も極端なものだけを見ました。それは、最も壮観な落雷だけを観察することによって地球の嵐を理解しようとするようなものでした。

Juno は、カメラのように雷を「監視」するのではなく、ラジオのように雷を「監視」するため、この状況を変更しました。 そのマイクロ波放射計は雲を通過する目に見えない放射を検出し、大気によって隠されることなく実際の放電のパワーを測定できるようにします。そうすることで、強さよりも興味深いもの、つまり多様性が明らかになりました。木星の雷すべてが巨大なわけではありません。地上のものと同等のものもあります。しかし、他の人は…別のリーグでプレーしています。

地球では、湿った空気が上昇するために嵐が発生します。水蒸気は乾燥した空気よりも軽いため、雲が成長し、電荷が蓄積しやすくなります。木星ではその逆が起こります。 その大気は水素が大半を占めており、湿った空気はより重く、嵐が発生するのがはるかに困難になります。これは、嵐がなんとか成長するとき、それは膨大な量のエネルギーを蓄積した後に成長することを意味します。そして、そのエネルギーが解放されると、さらに暴力的になります。ある意味、それは存在するために「もっと努力」しなければならなかった嵐です…そしてそれゆえに、より激しさを増して放電します。

これに加えて、スケールというもう 1 つの重要な違いがあります。木星の嵐の高さは100キロメートル以上に達することがありますが、地球上の嵐は約10キロメートルです。 高さが高くなると、電荷を分離するための距離が長くなります。そして、距離が遠いほど電圧も高くなります。しかし、ウォン氏のチームの発見にはさらに興味深いことがあります。 AGU Advance に掲載されました。それは木星を理解するだけでなく、地球をより深く理解することにもつながります。

なぜなら、驚くべきことに思われるかもしれませんが、ここでは雷についてまだほとんどわかっていないからです。近年、科学者たちは高層大気における電気現象を発見しました（「スプライト」や「エルフ」、つまり私たちが理解し始めたばかりのエルフなど）。木星を研究することで、あたかも木星が巨大なスケールの自然実験室のように機能するかのように、極限条件下でこれらのプロセスを観察することができます。

そしてそこから、ジュノーのミッションは私たちに重要な手がかりを与え始めます。大気がどのように機能するか、地球上でエネルギーがどのように移動するか、そして最終的には私たちがよく知っていると考えている現象がどのように起こるかについての手がかりとなります。 嵐のように、環境のルールが変わると、彼らは完全に変化する可能性があります。 地球では、稲妻はほんの一瞬しか続きませんが、木星では、何か月も続いた嵐の反響である場合があります。

これらの発見をするために、ウォン氏のチームは、2021年から2022年の間に行われたいくつかの軌道に頼った。その間、ジュノーは12の孤立した嵐の上を飛行し、そのうちの4つでは雷のマイクロ波静電気を測定できるほど近かった。これらの接近中、フラッシュは平均して 1 秒あたり 3 回発生しました。そのうちの 1 つで、ジュノーは 206 個の異なるマイクロ波放射パルスを検出しました。

合計 613 個の測定パルスから、ウォン氏はそのパワーが地球の雷の 100 倍以上に及ぶと計算しました。。地球の雷の放射 (ある電波の波長で) は木星からの雷の放射 (別の波長で) と比較されたため、比較にはある程度の不確実性があります。「地球の光線からの電波放出を比較すると、木星の光線は地球の光線の100万倍強力だった可能性がある」と研究では指摘されている。

ビームのマイクロ波出力を総出力に変換することは簡単ではありません。私たちの地球上では、1 つの稲妻が総エネルギーの約 1 ギガジュール、つまり 10 億ジュールを放出すると推定されています。これは平均的な家庭 200 軒に 1 時間分のエネルギーを供給するのに十分な量です。ウォン氏は結論の中で、木星の稲妻のエネルギーは地上の稲妻のエネルギーの最大500倍、おそらくは最大1万倍にもなる可能性があると推定している。