木星の衝突イベント

現代では、木星への衝突が数多く観測されていますが、その中で最も重大なのは1994年のシューメーカー・レヴィ第9彗星の衝突です。木星は太陽系で最も質量の大きい惑星であるため、重力の影響範囲が広く、好条件下であれば小惑星の捕獲が起こり得る空間領域です。 ^[1]

木星は太陽を周回する彗星を捕らえることがよくある。そのような彗星は、太陽の重力によって乱されやすい、非常に楕円形の不安定な軌道を木星の周りを回る。そのうちのいくつかは最終的に太陽中心軌道に戻るが、他の彗星は木星に衝突したり、まれに衛星の1つになったりする。^{[2] [3]}

質量因子に加えて、木星は太陽系内部に相対的に近いため、そこにある小天体の分布に影響を与えることができます。力学的研究では、木星の存在により、オールトの雲から来る物体が地球に衝突する頻度が減り、^[4]小惑星^[5]や短周期彗星^[6]の衝突の回数が増える傾向があることが示されています。

これらの理由から、木星は太陽系のどの惑星よりも衝突頻度が高く、太陽系の「掃除屋」または「宇宙の掃除機」としての評判にふさわしい。^[7] 2018年の研究では、直径5〜20メートル（16〜66フィート）の隕石が年間10〜65回木星に衝突すると推定されている。数週間にわたって木星の雲に目に見える傷跡を残すことができるより大きな物体の場合、その研究では衝突頻度は2〜12年に1回としている。さらに大きな物体は、6〜30年に1回木星に衝突する。^[8] 2009年の研究では、直径0.5〜1km（0.31〜0.62マイル）の物体の場合、衝突頻度は50〜350年に1回であると示唆されており、より小さな物体による衝突はより頻繁に発生する。 1997年の研究では、直径0.3km（0.19マイル）の彗星は約500年に1回木星に衝突し、直径1.6km（0.99マイル）の彗星は6,000年に1回木星に衝突すると推定されています。^[9]

木星は固体表面を持たない巨大ガス惑星であり、最下層の大気である対流圏は徐々に惑星の内層へと変化している。^[10]彗星や小惑星の衝突により破片のフィールドが発生するが、これは風の作用によって徐々に隠され、その重要性は衝突物体の大きさによって決まる。このような衝突に関する人類の知識は、出来事そのものやそれに関連する現象を直接かつほぼ即時に観測することに依存している。

木星の主な衛星のクレーター表面は、最も古い時代についての情報を与えてくれる。特に、ボイジャー計画によってカリストに13のクレーター列、ガニメデに3つのクレーター列が発見されたこと^[11]や、シューメーカー・レヴィ第9彗星（SL9）の衝突の証拠は、彗星の古代の破片化と木星とその衛星への衝突の一貫した証拠を提供している。地球の月で観測されるクレーター列は、多くの場合、主要なクレーターから放射状に広がっており、主な衝突で放出された物質の二次的な衝突によって形成されたと一般的に考えられているが、木星の衛星に存在するクレーター列は主要なクレーターにつながっておらず、一連の彗星の破片の衝突によって形成された可能性が高い。^{[12] [13] [14]}

木星への衝突の最初の証拠は17世紀に発見された。日本のアマチュア天文学者田部一志は、ジョヴァンニ・カッシーニの観測記録の中に、1690年12月5日に木星に現れた暗黒点と、その18日間の進化を描いた絵を発見した。この発見は、SL9の衝突以前に木星に衝突があったという観測の証拠となる可能性がある。^[15]

木星への隕石の衝突は、 1979年3月5日17時45分24秒（UTC）にボイジャー1号宇宙船によって初めて捉えられ、木星の大気中の光の急速な点滅が記録された。クックとダックスベリーは、隕石の質量は約11kgと推定した。^[31]

1994年7月16日、2年前に分裂したシューメーカー・レヴィ第9彗星の一連の破片の最初のものが木星の大気圏に衝突した。衝突は事前にかなり予測されていたため、ハッブル宇宙望遠鏡、ROSAT X線観測衛星、WMケック天文台、そして1995年到着予定で木星に向かっていたガリレオ宇宙船など、地上の望遠鏡やいくつかの宇宙観測所によって観測された。衝突は地球から隠れた木星の側面で起こったが、当時木星から1.6AU （2億4000万km）の距離にあった ガリレオは衝突が起こる瞬間を観測することができた。木星の急速な自転により、衝突から数分後には地上の観測者にも衝突地点が見えるようになった。^[34]

他の2つの宇宙探査機もこの衝突を観測した。主に太陽観測用に設計されたユリシーズ宇宙船は、木星から2.6AU（3億9000万km）離れた位置から木星に向けられており、当時木星から44AU（66億km）離れた位置にあったボイジャー2号は、1～ 390kHzの範囲の 電波放射を探し、紫外線分光計で観測を行うようにプログラムされていた。^[35]

天文学者のイアン・モリソンは、この衝突について次のように説明しました。

最初の衝突は1994年7月16日20:13  UTCに発生し、彗星の核の破片Aが木星の南半球に約60 km/s (35 mi/s)の速度で衝突した。ガリレオの機器は、ピーク温度が約24,000  K (23,700 °C; 42,700 °F)に達した火球を検出した。これは、木星の雲頂温度が通常約130  K (-143 °C; -226 °F)であるのに対し、火球はその後膨張し、急速に約1,500 K (1,230 °C; 2,240 °F)まで冷却された。火球からの噴煙はすぐに3,000 km (1,900 mi)を超える高さに達し、ハッブル宇宙望遠鏡によって観測された。^{[36] [37]}

火球が発見されてから数分後、ガリレオは新たな加熱を測定したが、これはおそらく噴出した物質が惑星に落下したことによるものと思われる。地球上の観測者は、最初の衝突の直後に火球が惑星の縁から上昇するのを観測した。^[38]

発表された予測にもかかわらず、^[39]天文学者は衝突による火の玉が見られるとは思っていなかったし、^[40]衝突によるその他の大気の影響が地球からどの程度見えるかも知らなかった。^[39]観測者は最初の衝突後に巨大な暗点が現れるのを目撃した。その点は地球から見えた。この暗点とその後の暗点は衝突の破片によって引き起こされたと考えられており、著しく非対称で、衝突方向の前で三日月形を形成していた。^[41]

その後の6日間で、21回の衝突が観測されたが、そのうち最大のものは7月18日7時33分（UTC）に破片Gが木星に衝突したときに発生した。この衝突により、直径12,000 km（7,500マイル）を超える大きな暗点^{[42] [43] （}地球の直径とほぼ同じ）が形成され、TNT火薬600万 メガトンに相当するエネルギーが放出されたと推定されている。^[44] 7月19日には、12時間間隔で2回の衝突が発生し、破片Gによるものと同程度の衝突痕が形成された。衝突は7月22日に破片Wが木星に衝突するまで続いた。^[45]

2009年7月19日、アマチュア天文学者の アンソニー・ウェスリーは木星の南半球に地球ほどの大きさの新しい黒点を発見した。熱赤外線分析ではそれが温かいことが示され、分光法ではアンモニアが検出された。衝突はNASAのハッブル宇宙望遠鏡によって研究された。^{[47] [48] [49]}ヒューソらによると、衝突は「高さ500～1,000メートル（1,600～3,300フィート）の氷または高さ200～500メートル（660～1,640フィート）の岩石の物体」によって引き起こされた。衝突によって4,800キロメートルの破片地帯が作られた。研究者らは「可視光線では暗く、メタン 吸収帯では明るく、アマチュア望遠鏡で数か月、プロ用望遠鏡では最低6か月は観測可能だった」と指摘した。^[50]

2010年6月3日に発生した衝突イベントには、推定8〜13メートル（26〜43フィート）の物体が関与しており、アンソニー・ウェズリーによって記録され、最初に報告されました。^{[51] [52]}この衝突は、フィリピンのアマチュア天文家クリストファー・ゴーによってビデオにも記録されました。^{[53] [54]}

2010年8月20日、日本のアマチュア天文学者、立川正之氏と青木一夫氏、石丸正之氏によって独立して別の衝突が検出された。衝突地域には破片の塊は見られなかったため、衝突物は小さな天体であった。^[8]

2012年9月10日11:35 UTC、アマチュア天文家のダン・ピーターセンは、ミード社製の12インチLX200望遠鏡を使用して、1〜2秒間続いた木星の火球を観測した。ジョージ・ホールは、12インチミードのウェブカメラで木星を録画していたが、ニュースを聞いたホールは、衝突が映っているかどうかビデオをチェックした。ホールは、衝突の4秒間のクリップを撮影し、ビデオを一般に公開した。木星への衝突の推定位置は、経度345°、緯度2°であった。惑星科学者のマイケル・H・ウォンは、火球は直径10メートル（33フィート）未満の流星体によって生成されたと推定した。このサイズの衝突は、木星で毎年数回発生する可能性がある。 2012年の衝突は木星で観測された5回目の衝突であり、2009年から2012年の間には4回目の衝突であった。これは2010年8月20日に観測された閃光に似ていた。^{[55] [56]}

2016年3月17日、オーストリアのメードリングでゲリット・ケルンバウアーが口径8インチ（20cm）の望遠鏡を使って木星の縁に衝突する火球を記録した。この報告は後にアマチュア天文家のジョン・マッケオンによる独立した観測によって確認された。[ 57 ] [ ^{58 ]}衝突した物体の大きさは7～19m（23～62フィート）と推定された。^{[8] [59]}

2017年5月26日、フランスのコルシカ島に住むアマチュア天文学者のソヴール・ペドランゲルは木星の閃光を観測した。この現象は翌日発表され、ドイツのアマチュア天文学者トーマス・リースラーとアンドレ・フレックシュタインが確認した。衝突物体の大きさは4～10メートル（13～33フィート）と推定されている。^[8]

2020年4月10日、木星探査機ジュノーは、1～4メートル（3.3～13.1フィート）の隕石の衝突と一致する火球を木星で観測した。これはジュノーが検出した最初の火球であった。研究者らは、木星ではこの規模の衝突が年間約24,000回発生しており、1時間あたり約2.7回と推定している。^[22]

2021年9月13日22時39分27秒（UTC）、ブラジルの天文愛好家ホセ・ルイス・ペレイラは、木星に2秒間続く明るい点を観測したと報告した。^[60]フランスとドイツの天文学者2人がこの観測を確認し、直径約100メートル（330フィート）の小さな小惑星または彗星による衝突の可能性を示唆した。 ^[60]天体写真家ダミアン・ピーチが衝突の1時間後に撮影した画像には、衝突の余波は見られなかった。^[61]

2021年10月15日13時24分（UTC）にも別の衝突が観測された。このフレアは、京都大学の天文愛好家有松耕氏が率いるチームが、偶然の出来事を調査するための組織的自動望遠鏡（OASES）の一部であるPONCOTSと呼ばれるシステムを使用して発見した。^[20]

2023年8月28日、木星に衝突した火球（おそらく小惑星）が天文学者によってビデオ撮影された。^[18]

巨大ガス惑星への衝突に伴う現象は主に一時的なものであり、衝突する天体の大きさや組成に依存する。^[62]

小さな流星体の場合、大気圏上層部への侵入に伴う発光が観測されたが、2010年の2つの現象では、地球の大気圏で火球が発生した後に起こる現象と同様に、衝突直後の数分間もその後の旋回でも雲の変化は観測されなかった。 [ ^63]

直径が100メートル（330フィート）を超え、目に見える雲層の下に侵入できる物体の場合、現象はより複雑になります。^{[64]衝突した物体の}運動エネルギーの大部分は大気に伝達され、局所的な温度の急激な上昇を引き起こし、強い発光を伴います。影響を受けた大気ガスの塊は上方に膨張し、そこでは空気抵抗が少なくなります。衝突した物体が約2キロメートル（1.2マイル）の場合、数秒でプルームは最大1,000キロメートル（620マイル）の高さにまで達し、温度は1,000ケルビン（730℃）に達します。^[64]膨張が止まると、プルームはそれ自体に沈殿し、大気との衝突により新たな温度上昇が発生します。この現象は、SL9のより大きな破片の衝突で観察されました。^[65]これにより、惑星の最も深い領域からの物質の湧昇も起こります。 SL9の衝突の場合、通常は対流圏に存在するアンモニアと二硫化炭素は、衝突後少なくとも14か月間は上層大気中に残留しました。^[66]

衝突は地震波も発生させる可能性があり、SL9の場合、地震波は秒速450メートル（1,500フィート/秒）の速度で木星を横切り、衝突後2時間以上観測された。^[67]場合によっては、衝突地点の近くと反対側のゾーンにオーロラが現れる可能性があり、木星の磁場との関連で評価され、プルーム物質の落下の結果として解釈される。^{[68] SL9の衝突の場合、木星からの電波放射の顕著な増加が検出され、これは}相対論的電子が木星の磁気圏に導入された結果であると解釈された。^[69]

衝突地点では、衝突した物体の大きさや構成に応じて、可視光線や紫外線で観察すると、非常に暗い斑点が現れる。この斑点は赤外線領域では明るく、その大きさは衝突噴煙からの赤外線放射の強度に関係している。SL9の破片Gのように、1～2 km（0.62～1.24マイル）の彗星状物体の場合、木星大気の典型的な構成に比べて斑点が目立つ。斑点は、爆発地点に対応する中央の楕円と、衝突方向と反対方向にある、噴出した物質に対応する厚い半リングで構成される。斑点形成に至るプロセスは不明であるが、学者は斑点は主に破片で構成されていると考えている。^[70]

小さな斑点は数日から数週間で消える。しかし、大きな斑点は時間の経過とともに変形しながらも、数か月間残る。SL9の場合のように、衝突が複数回起こった場合、斑点が占める帯に対応する「衝突帯」が形成されることがある。1994年には、この帯は斑点の結合から形成されたのではなく、斑点が溶解し始めたときに現れ、翌年の6月頃まで続いた。^[62]

SL9の衝突の場合のみ、木星との衝突前に衝突物体を観測することができた。他のすべてのケースでは、大気への影響を分析することで、その性質と起源を特定する試みがなされた。破片の分光分析による特定の化学種の特定により、水が豊富でシリコンが少ない彗星と小惑星を区別することが可能になった。爆発で発生した擾乱が到達した大気の深さと擾乱自体の持続時間から、科学者は衝突物体の大きさを推定することができる。^[71]

この情報は、木星の軌道付近の彗星や小惑星の個体群モデルの開発に役立つ。2009年の影響は特に重要で、木星を横切る小惑星の数の推定値を変える可能性がある。しかし、その特定は間違っている可能性があり、彗星核の内部構成に関する知識が限られていることを浮き彫りにしている。^[72]

惑星への衝突頻度は、2回の連続した衝突の平均間隔として定義できます。値が高いほど、2回の連続した衝突の間隔が短いことを意味します。1998年、中村と倉橋は、直径1 km (0.62 マイル) を超える彗星が500～1000年ごとに惑星に衝突する可能性があると推定しました。^[73]この推定は、1994年のSL9の衝突後に修正されました。その後のさまざまな研究で、直径0.5～1 km (0.31～0.62 マイル) の天体に対して50～350年という値が提案されました。これらは、2009年の衝突以来疑問視されてきたいくつかの仮定に基づいています。^[74]

特に、小惑星の役割はわずかで、木星への衝突は主に彗星によって引き起こされると信じられていました。^[75]それ以来、観測から得られたデータは根本的に変化しました。2008年に確認された2つの観測は、カッシーニによって観測された衝突とSL9の衝突の間に約300年の時間間隔があることを示しました。2009年、新しい観測によりこの値は減少しました。前回の衝突からわずか15年しか経過しておらず、最後の2つの観測に基づいて、0.5 kmと1 km（0.31マイルと0.62マイル）の物体の衝突頻度を10年と推定できる可能性があるためです。^[74]

太陽系外縁部における流星体の分布は不明であるため、部分的なデータに頼らずに衝突頻度を予測することは不可能である。^[63]直径約10メートル（33フィート）の流星体を考慮すると、推定値は次のようになる。

• 衛星表面のクレーター化を考慮すると、木星への衝突は年間1回である^[63]。
• 惑星の軌道付近の小惑星や彗星の集団のデータに基づくと、年間30～100回の衝突が発生すると予測される。^[63]

比較すると、地球ではこの大きさの物体が衝突する頻度は6～15年ごとに発生すると推定されている。^[63]

衝突の頻度を推定するために、アマチュアの参加を得て観測キャンペーンが開始された。フランス天文学協会のマルク・デルクロワと、リカルド・ウエソ率いるバスク大学の天文学者グループは、衝突を迅速に特定し、ニュースを迅速に広めることを可能にする DeTeCt ソフトウェアを開発した。^[76]さらに、日本の月惑星観測者協会(ALPO) のアマチュアは、「Find Flash」プロジェクトを開始した。^[77]この 2 つのプロジェクトにより、流星体の衝突頻度は最低でも年間 3 回と推定された。しかしウエソは、直径 5 メートルから 20 メートル (16 フィートから 66 フィート) の流星体が年間 10 回から 65 回、地球に衝突する可能性が高いと考えている。数週間にわたって惑星の雲に目に見える傷跡を残すことができるより大きな物体の場合、彼は 2 年から 12 年に 1 回の衝突頻度を示している。さらに大きな物体は6～30年ごとに木星に衝突するだろう。^[8]

2020年4月10日にジュノー探査機によって観測された衝突を受けて、ロヒニ・S・ジャイルズらは、質量250～5,000kg（550～11,020ポンド）の隕石による木星への衝突の回数を年間約24,000回、1時間あたり約2.7回と推定した。^[22]

木星への衝突イベントの観測から、彗星や小惑星の組成、木星大気の深層に関する情報を推測することが可能です。衝突の頻度は、太陽系外縁部の小惑星や彗星の集団に関する情報を提供します。^[50]

衝突地点は、2009年に起こったように、惑星の円盤上に現れる暗い斑点などの特徴によって認識できます。CCD検出器は、幅約300 km（190マイル）の小さな斑点を判別できます。Sanchez-Lavegaらは、近赤外線に敏感なCCD、またはKバンドフィルターを使用して検出できる2.03〜2.36μmの範囲に敏感なCCDを使用して検出できる890nmの波長での斑点の明るさを利用することを提案しています。^[74]

明らかな衝突痕跡を残さない隕石の場合、大気圏突入に伴う発光は1～2秒間続くため、その識別には惑星表面を高フレームレートで継続的に監視する必要がある。ヒューソらは、ウェブカメラやその他のビデオ録画ツールを備えた直径15～20cm（5.9～7.9インチ）の望遠鏡が、隕石の検出に理想的なツールであると示唆している。 [ ^63]

衝突の頻度に関するさらなる情報は、新たに得られた知識に照らして18世紀と19世紀に行われた木星の歴史的観測を分析することによって得ることができる。^[78]例えば、ハンガリーの天文学者イレス・エルジェーベトは、ハンガリーの3つの天文台で行われた観測に関する通信を分析し、1879年、1884年、1897年に発生した3つの衝突の可能性を特定した。^[79]

2007年、木星を訪れたガリレオ、カッシーニ、ニューホライズンズ探査機に搭載された機器によって記録された時間変化を分析することにより、木星のリングの波紋とSL9の衝突との関連を示唆する研究がいくつか行われた。 ^{[80] [81]}リングには「化石の痕跡」が存在する可能性があり、そこから以前の衝突の発生を推測したり、将来的には直接観測されていない出来事の痕跡が現れる可能性がある。^{[82] [83] [84]}

SL9の衝突は、木星が太陽系内部の「宇宙の掃除機」または木星バリアとしての役割を浮き彫りにした。 ^[85]木星の強い重力の影響により、多くの小さな彗星や小惑星が木星に衝突する。木星への彗星の衝突率は、地球の2,000倍から8,000倍高いと考えられている。^[86]

白亜紀末期の非鳥類恐竜の絶滅は、一般的には白亜紀-古第三紀の衝突イベントによって引き起こされたと考えられており、このイベントによりチクシュルーブ・クレーターが形成され、^[87]衝突が地球上の生命にとって深刻な脅威であることが証明されています。天文学者は、地球に衝突する可能性のある天体を一掃する木星がなければ、絶滅イベントはより頻繁に起こり、複雑な生命は発達できなかったかもしれないと推測しています。^{[88]これは}、希土類仮説で使用されている議論の一部です。^{[89] [90] [91]}

2009年、太陽系内の木星の位置にあるより小さな惑星の存在が、地球への彗星の衝突率を大幅に高める可能性があることが示された。木星の質量の惑星は小惑星に対する防御力を高めるように思われるが、太陽系内のすべての軌道天体への全体的な影響は不明である。このモデルは、木星が地球への衝突に与える影響の性質に疑問を投げかける。^{[92] [93] [94]力学研究では、木星の存在により}オールトの雲から来る物体が地球に衝突する頻度が減少する傾向があることが示されているが、著者らは「地球近傍物体（一部は小惑星帯から、その他は短周期彗星集団から来る）は、オールトの雲の彗星がもたらすものよりもはるかに大きな脅威を地球にもたらす」と指摘している。^[4]

木星への衝突現象の直接観測により、彗星や小惑星が地球に衝突した場合の潜在的に壊滅的な結果に対する認識が、世論においても高まっている。このような事象の可能性は現実のものとなり、警戒する必要がある。^{[95] [96] [97]}

SL9と木星の衝突はメディアで大きく報道され^[98] 、この問題は世間の注目を集めた。一般大衆に向けた広報活動としては、1998年のミミ・レダー監督の『ディープ・インパクト』やマイケル・ベイ監督の『アルマゲドン』などがある。

その後の衝突の発見により、衝突はこれまで考えられていたよりもはるかに頻繁に起こっていることが明らかになった。^[99]高度な観測機器のコストが下がったおかげで、衝突の兆候を特定する上で非専門の天文学者が果たす役割も重要になった。^[100]

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この記事はイタリア語版Wikipediaの記事から部分的に翻訳されたものです。原文は、こちらを参照してください:Eventi d'impatto su Giove。