2020年、科学者グループが木星の上層大気における奇妙な不一致について、ある説明を導き出しました。彼らは、この巨大ガス惑星で激しい雷雨が発生する際に、氷で覆われたマッシュボール状の雨が降るのではないかと提唱しました。しかし当時、アンモニアを多く含んだスラッシュ状の雹という説はあまりにも奇妙で、真実とは思えなかったため、彼らはその後数年間、その誤りを証明しようと試みました。
しかし、木星のマッシュボール現象は否定できなかった。新たな研究により、この奇妙な現象は存在するだけでなく、太陽系のすべてのガス惑星で発生している可能性があることが確認された。
カリフォルニア大学バークレー校（UCバークレー）の惑星科学者たちは、科学誌「サイエンス・アドバンシズ」に発表した最近の研究結果で、木星では激しい雷を伴うマッシュボールの雹嵐が発生していることを確認した。マッシュボールとは、硬い氷の殻に包まれたアンモニアと水のドロドロとした球体で、アンモニアを木星の深層へと運び、大気を分離させる。
カリフォルニア大学バークレー校大学院生のクリス・モッケル氏と天文学教授のイムケ・デ・ペイター氏が共同執筆したこの研究は、現在査読中です。当初、この理論はあまりにも複雑すぎて真実とは思えなかったと、二人は認めています。「イムケ氏と私は二人とも、『こんなことが真実であるはずがない』と思っていました」とモッケル氏は声明で述べています。「実際にこれを説明するには、あまりにも多くの要素が組み合わさる必要があり、とても突飛な話に思えます。私は3年間もかけて、この理論が間違っていることを証明しようと試みました。しかし、結局証明できませんでした。」
木星は、サイクロン、高気圧、大規模な嵐、そして惑星全体を包み込むアンモニアを豊富に含む大気の噴出など、嵐の多い気象で知られています。木星の大気は主に水素とヘリウムのガスで構成されており、微量のアンモニアと水も含まれています。
新たな研究によると、木星の激しい大気圏内で発生する激しい嵐が、マッシュボールと浅い雷を発生させているという。これらのマッシュボールは、木星の雲頂下約64キロメートルに位置する雷雲によって生成される。雷雲は水の氷を非常に高い高度まで運び、時には目に見える雲層よりも高い高度に達することもある。雲頂に到達すると、アンモニアが不凍液のように作用し、氷を溶かして混ざり合い、最終的にシャーベット状のアンモニア水を形成し、それがさらに水の氷で覆われることで、マッシュボールが形成される。
マッシュボールという概念は、長年木星の謎とされてきた、木星の大気の一部からアンモニアが欠乏している理由を説明するために初めて提唱されました。論文によると、マッシュボールは大気圏を上昇し、重くなりすぎてから再び落下し、蒸発します。その過程で、マッシュボールは上層大気から雲の深層へとアンモニアと水を再分配し、木星の電波観測で観測できるアンモニアが枯渇した領域を作り出します。
「つまり、雲層のはるか下で発生し、大気圏の最上部まで到達し、その後惑星の深部まで沈み込む、この奇妙なシステムが本質的に存在するのです」とモッケル氏は述べた。その結果、雲頂の化学組成は必ずしも木星の大気圏深部の組成を反映しないことになる。
この研究を行った研究者たちは、木星の上層大気の3D画像を初めて作成し、マッシュボールの存在を確認しました。実際、このドロドロとした雹嵐は、土星、天王星、海王星といった他の巨大惑星にも存在する可能性があります。
研究者たちは、木星探査機ジュノーのマイクロ波放射計、超大型干渉計（VLA）、そしてハッブル宇宙望遠鏡による観測データを用いて、木星における気象の深度と影響を探ることに成功した。3D画像では、木星の気象システムの大部分は浅く、目に見える雲層の約6～12マイル（10～20キロメートル）下で発生しているのに対し、他の気象現象は木星成層圏のずっと深いところで発生していることが示された。「木星を見るたびに、ほとんどが地表レベルに過ぎません」とモッケル氏は述べた。「浅いとはいえ、渦や大規模な嵐など、いくつかの現象はそこを突き抜けることがあります。」
この研究は、木星の浅い気象現象だけでは木星大気深部におけるアンモニアの枯渇を説明できないと結論付けている。むしろ、プルームや渦といった大規模現象と、マッシュボール状の雹嵐のような嵐規模の現象との相互作用が、木星の大気の枯渇を引き起こしている可能性がある。
木星や太陽系の他の遠方惑星に送られる探査機は上層大気しか観測できず、「実際には惑星内部の状況をあまり正確に反映していない」とモッケル氏は述べた。「雲頂が乱れていることから、大気はよく混合されていると思われがちです」と彼は付け加えた。「上層を見ると沸騰しているのがわかり、鍋全体が沸騰していると思うでしょう。しかし、今回の発見は、上層は沸騰しているように見えても、その下には実際には非常に安定していて動きの遅い層があることを示しています。」
