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.png/500px-Europa_-_Perijove_45_(cropped).png) 2023年10月にジュノー宇宙船が撮影したエウロパ。[1]地質学的に新しいエウロパの表面には、多数の暗い線が交差している。 | |||||||||
| 発見 | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 発見者 | ガリレオ・ガリレイ シモン・マリウス | ||||||||
| 発見日 | 1610年1月8日[2] | ||||||||
| 指定 | |||||||||
| 発音 | / jʊ ˈ r oʊ pə / [ 3 ] | ||||||||
名前の由来 | ヨーロッパ | ||||||||
| ジュピターII | |||||||||
| 形容詞 | ヨーロッパ/ j ʊ ˈ r oʊ p ən / [4] [5] | ||||||||
| 軌道特性[6] | |||||||||
| エポック2004年1月8日 | |||||||||
| 近点 | 664 862 km [a] | ||||||||
| 遠点 | 676 938 km [b] | ||||||||
平均軌道半径 | 670 900 km [7] | ||||||||
| 偏心 | 0.009 [7] | ||||||||
| 3.551 181 日[7] | |||||||||
平均軌道速度 | 13,743.36メートル/秒[8] | ||||||||
| 傾斜 | 0.470°（木星の赤道まで） 1.791°（黄道まで）[7] | ||||||||
| 衛星の | 木星 | ||||||||
| グループ | ガリレオ月 | ||||||||
| 身体的特徴 | |||||||||
| 1 560 .8 ± 0.5 km (0.245地球) [9] | |||||||||
| 3.061 × 10 7 km 2 (0.061 地球) [c] | |||||||||
| 音量 | 1.593 × 10 10 km 3 (0.015 地球) [d] | ||||||||
| 質量 | 4.799 84 × 10 22 kg （0.008地球）[9] | ||||||||
平均密度 | 3.013 ± 0.005 g/cm3 （ 0.546地球）[9] | ||||||||
| 1.314 m/s 2 (0.134 g) [e] | |||||||||
| 0.346 ± 0.005 [10]（推定値） | |||||||||
| 2.025 km/s [速度] | |||||||||
| 同期[11] | |||||||||
| 0.1° [12]（木星まで） | |||||||||
北極赤経 | 268.08° [13] | ||||||||
北極の偏角 | 64.51° [13] | ||||||||
| アルベド | 0.67 ± 0.03 [9] | ||||||||
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| 5.29 (反対) [9] | |||||||||
| 雰囲気 | |||||||||
表面圧力 | 0.1μPa （ 10 −12 bar）[15] | ||||||||
エウロパ / j ʊ ˈ r oʊ p ə / ⓘ、または木星IIは木星を周回するガリレオ衛星の中で最小であり、木星の既知の95の衛星。また、太陽系で6番目に大きい衛星でシモン・マリウスとガリレオ・ガリレイ[2]によって独立に発見されクレタ島のミノス王の母でありゼウスユピテルのギリシャ神話フェニキア人エウロパにちなんで（マリウスによって）。
地球の月よりわずかに小さいエウロパは、ケイ酸塩岩でできており、水氷の地殻[16]とおそらく鉄ニッケルの核を持っています。大気は非常に薄く、主に酸素で構成されています。地質学的に若い白ベージュの表面には、淡い黄褐色の亀裂や筋が縞模様で、衝突クレーターはほとんどありません。地球上の望遠鏡による観測に加えて、エウロパは一連の宇宙探査機のフライバイによって調査されており、最初のフライバイは1970年代初頭に行われました。2022年9月、ジュノー宇宙船は、より最近のクローズアップ画像を取得するために、エウロパの約320 km（200マイル）以内を飛行しました。[17]
エウロパは、太陽系で知られている固体の中で最も滑らかな表面を持っています。表面が若々しく滑らかに見えるのは、表面の下に水の海があるためで、地球外生命が存在する可能性はありますが、そのような生命は単細胞生物やバクテリアのような生物である可能性が高いです。 [18]有力なモデルでは、潮汐力のたわみによる熱によって海が液体のままになり、プレートテクトニクスと同様に氷の動きが促進され、表面から下の海に化学物質が吸収されると考えられています。[19] [20]地下の海からの 海塩がエウロパのいくつかの地質学的特徴を覆っている可能性があり、海が海底と相互作用していることを示唆しています。これは、エウロパが居住可能かどうかを判断する上で重要な場合があります。[21]さらに、ハッブル宇宙望遠鏡は、土星の衛星エンケラドゥスで観測されたものに似た水蒸気の噴煙を検出しました。これは、クライオガイザーの噴出によって引き起こされると考えられています。[22] 2018年5月、天文学者は、 1995年から2003年にかけて木星を周回したガリレオ宇宙探査機から得られたデータの最新分析に基づいて、エウロパの水の噴出活動を裏付ける証拠を提示した。このような噴出活動は、月に着陸することなくエウロパの地下海から生命を探す研究者の役に立つ可能性がある。[23] [24] [25] [26] 2024年3月、天文学者はエウロパの表面の酸素がこれまで推測されていたよりもはるかに少ない可能性があると報告した。[27] [28]
1989年に打ち上げられたガリレオ計画は、エウロパに関する現在のデータの大部分を提供している。これまでにエウロパに着陸した宇宙船はないが、いくつかの探査ミッションが提案されている。欧州宇宙機関の木星氷衛星探査機（JUICE）は、2023年4月14日に打ち上げられたガニメデへのミッションであり、エウロパへの2回のフライバイを含む。[29] [30] NASAのエウロパ・クリッパーは2024年10月14日に打ち上げられた。 [31] [32]
発見と命名
エウロパは、木星の他の3つの大きな衛星であるイオ、ガニメデ、カリストとともに、1610年1月8日にガリレオ・ガリレイによって発見されたが、 [2]シモン・マリウスによっておそらく独立して発見された。1月7日、ガリレオはパドヴァ大学の20倍の屈折望遠鏡を使用してイオとエウロパを同時に観測したが、解像度が低いため2つの天体を区別できなかった。翌夜、彼は初めてイオとエウロパを別々の天体として観測した。[2]
月はギリシャ神話のフェニキア王ティルスの娘エウロパにちなんで名付けられました。ガリレオ衛星のすべてと同様に、エウロパはギリシャ神話で木星に相当するゼウスの恋人にちなんで名付けられました。エウロパはゼウスに求愛され、クレタ島の女王になりました。[33]命名案はシモン・マリウス[34]が提案し、彼はヨハネス・ケプラーの提案であると述べています。[34] [35]
詩人たちはユピテルの不規則な恋愛を非難している。ユピテルが密かに求愛して成功した乙女は3人いると特に言われている。イナコス川の娘イオ、リュカオーンのカリスト、アゲノールのエウロペである。そしてトロス王のハンサムな息子ガニュメデスがいた。詩人たちが伝説的に語っているように、ユピテルはワシの姿をとって彼を背負って天に運んだ...したがって、私は最初の乙女をイオ、2番目の乙女をエウロペ、3番目の乙女を光の威厳からガニュメデス、4番目の乙女をカリストと呼んでも間違いではないと思う... [36] [37]
これらの名前は長い間好まれず、20世紀半ばまで一般には使われなかった。[38]初期の天文学文献の多くでは、エウロパは単にローマ数字のJupiter II (ガリレオも導入したシステム) または「木星の2番目の衛星」と呼ばれている。1892年に、ガリレオ衛星よりも木星に近い軌道を持つアマルテアが発見され、エウロパは3番目の位置に押し上げられた。ボイジャー探査機は1979年にさらに3つの内側の衛星を発見したため、エウロパは現在、木星の6番目の衛星として数えられているが、依然としてJupiter IIと呼ばれている。[38]形容詞の形はEuropan に定着した。[5] [39]
軌道と回転
エウロパは木星を3日半強で一周し、軌道半径は約670,900 kmです。軌道離心率はわずか0.009で、軌道自体はほぼ円形で、木星の赤道面に対する軌道傾斜角は0.470°と小さいです。[40]他のガリレオ衛星と同様に、エウロパは木星に潮汐固定されており、エウロパの半球は常に木星に面しています。このため、エウロパの表面には木星より下の点があり、そこから木星が真上にぶら下がっているように見えます。エウロパの本初子午線はこの点を通る線です。[41]研究によると、潮汐固定は完全ではない可能性があり、非同期の自転が提案されています。エウロパは公転よりも速く自転している、または少なくとも過去にはそうでした。これは内部の質量分布に非対称性があることを示唆しており、地下の液体の層が氷の地殻と岩石の内部を隔てていることを示唆している。[11]
他のガリレオ衛星からの重力の擾乱によって維持されているエウロパの軌道のわずかな偏心により、エウロパの木星下点は平均位置の周りで振動する。エウロパが木星にわずかに近づくと、木星の重力が増大し、エウロパは木星に近づいたり遠ざかったりしながら伸びる。エウロパが木星からわずかに離れると、木星の重力が減少し、エウロパはより球形に戻り、海に潮汐が生じる。エウロパの軌道偏心は、イオとの平均運動共鳴によって継続的にポンプされている。 [42]したがって、潮汐のたわみによってエウロパの内部が揉まれ、熱源が与えられ、おそらく海が液体のままで、地下の地質学的プロセスが促進される。[19] [42]このエネルギーの究極の源は木星の自転であり、木星で発生する潮汐力を通じてイオに吸収され、軌道共鳴によってエウロパとガニメデに伝達されます。[42] [43]
エウロパの内側を覆う独特の亀裂を分析した結果、エウロパはある時点で傾いた軸の周りを回転していた可能性が高いという証拠が得られた。これが正しければ、エウロパの特徴の多くを説明できるだろう。エウロパの交差する亀裂の巨大なネットワークは、地球全体の海で大規模な潮汐によって生じた応力の記録となっている。エウロパの傾きは、その歴史が凍った殻にどれだけ記録されているか、その海で潮汐によってどれだけの熱が発生しているか、さらには海が液体であった期間の計算に影響を与える可能性がある。氷の層はこれらの変化に対応するために伸びなければならない。応力が大きすぎると亀裂が生じる。エウロパの軸の傾きは、亀裂がこれまで考えられていたよりもはるかに最近に生じた可能性があることを示唆している可能性がある。その理由は、自転極の方向が1日に数度も変化し、数か月かけて1回の歳差運動周期を完了する可能性があるためである。傾きは、エウロパの海の年齢の推定にも影響を与える可能性がある。エウロパの海を液体に保つ熱は潮汐力によって発生すると考えられており、自転軸の傾きによって潮汐力によって発生する熱がさらに増加する。このような追加の熱によって、海はより長い時間液体のままでいられるはずである。しかし、この自転軸の仮定上の変化がいつ起こったのかはまだ判明していない。[44]
身体的特徴
エウロパは地球の月よりわずかに小さい。直径は3,100キロメートル（1,900マイル）強で、太陽系で6番目に大きい衛星であり、15番目に大きい天体である。ガリレオ衛星の中では圧倒的に質量が小さいが、それでも太陽系でエウロパより小さい既知の衛星すべてを合わせた質量より大きい。[45]体積密度から、エウロパは主にケイ酸塩岩で構成されており、地球型惑星と組成が似ていることが示唆されている。[46]
内部構造
エウロパには厚さ約100km（62マイル）の水の外側の層があると推定されている。一部は地殻として凍り、一部は氷の下に液体の海となっている。ガリレオ探査機による最近の磁場データによると、エウロパは木星の磁場との相互作用により誘導磁場を持っていることが示されており、これは地下伝導層の存在を示唆している。[47]この層は塩分を含んだ液体の水の海である可能性が高い。地殻の一部はほぼ80°回転し、ほぼひっくり返ったと推定されている（真の極移動を参照）。これは氷がマントルにしっかりと付着していたとすればありそうにない。[48]エウロパにはおそらく金属鉄の核が含まれている。[49] [50]
表面の特徴
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エウロパは太陽系で最も滑らかな天体として知られており、山やクレーターなどの大規模な地形はない。[51]エウロパを縦横に走る目立つ模様は、主に低地地形を強調するアルベドの特徴であると思われる。エウロパにはクレーターがほとんどない。それは、エウロパの表面が地殻変動的に非常に活発で、したがって若いからである。[52] [53]エウロパの氷の地殻のアルベド（光の反射率）は0.64で、衛星の中で最も高い部類に入る。[40] [53]これは、表面が若く活発であることを示している。エウロパが経験する彗星の衝突頻度の推定に基づくと、表面の年齢は約2000万年から1億8000万年前である。[54]エウロパの表面の特徴の説明については、科学的なコンセンサスはない。[55]
エウロパの赤道は、高さ15メートルにもなるペニテンテと呼ばれる氷の突起で覆われているのではないかと推測されている。これは、赤道付近の直射日光によって氷が昇華し、垂直の亀裂が形成されるためである。[56] [57] [58]ガリレオ探査機から得られる画像は確認できるほどの解像度はないが、レーダーと熱データはこの推測と一致している。[58]
エウロパ表面の電離放射線レベルは、1日あたり約5.4シーベルト（540レム）の放射線量に相当し 、[ 59 ] 人間が1地球日（24時間）被ばくすると重篤な病気や死を引き起こす量です。[60]エウロパの1日は地球日の約3.5倍です。[61]
線状
エウロパの表面で最も印象的な特徴は、地球全体を縦横に横切る一連の暗い縞で、線状模様（英語：lineae）と呼ばれています。詳しく調べると、亀裂の両側にあるエウロパの地殻の端が互いに動いていることがわかります。大きな帯は幅が20 km（12マイル）以上あり、多くの場合、暗くぼやけた外縁と規則的な縞模様、そして明るい物質の中央帯があります。[64]
最も可能性の高い仮説は、エウロパの線状構造は、エウロパの地殻がゆっくりと広がり、その下のより温かい層を露出させた際に、温かい氷が何度も噴出してできたというものである。[65]その効果は、地球の海嶺で見られるものと似ていたであろう。これらのさまざまな亀裂は、主に木星の潮汐力によって生じたと考えられている。エウロパは潮汐力で木星に固定されており、したがって常に木星に対してほぼ同じ向きを保っているため、応力パターンは独特で予測可能なパターンを形成するはずである。しかし、エウロパの亀裂のうち予測されたパターンに一致するのは最も新しい亀裂のみであり、他の亀裂は古くなるにつれてますます異なる向きで発生しているように見える。これは、エウロパの表面が内部よりもわずかに速く回転していると説明できるが、これは地下の海がエウロパの表面を岩石マントルから機械的に切り離していることと、木星の重力がエウロパの外側の氷の地殻を引っ張る効果によって起こり得る効果である。[66]ボイジャーとガリレオ宇宙船の写真を比較すると、この仮説上のずれに上限が設定されます。エウロパの内部に対して外側の硬い殻が完全に回転するには、少なくとも12,000年かかります。[67]ボイジャーとガリレオの画像の研究により、エウロパの表面で沈み込みの証拠が明らかになり、亀裂が海嶺に類似しているのと同じように、[68] [69]地球のプレート構造に類似した氷の地殻のプレートが溶融した内部にリサイクルされていることを示しています。帯状の地殻の拡大[68]と他の場所での収束[69]の両方の証拠は、エウロパが地球と同様に活発なプレートテクトニクスを持っている可能性があることを示唆しています。[20]しかし、これらのプレートテクトニクスを駆動する物理学は、地球のプレートテクトニクスを駆動するものとは似ていない可能性が高い。なぜなら、エウロパの地殻における地球のようなプレート運動に抵抗する力は、プレート運動を駆動する力よりもはるかに強いからである。[70]
混沌とレンズ状結晶
エウロパに存在する他の特徴としては、円形と楕円形のレンズ状構造（ラテン語で「そばかす」の意味）がある。多くはドームで、いくつかは穴で、いくつかは滑らかで暗い斑点である。その他はごちゃごちゃしていたりざらざらした質感である。ドームの頂上は周囲の古い平原の一部のように見え、平原が下から押し上げられたときにドームが形成されたことを示唆している。[71]
ある仮説によれば、これらのレンズ状地層は、地球の地殻のマグマ溜まりのように、外地殻のより冷たい氷を貫いて上昇する温かい氷のダイアピルによって形成されたとされている。 [71]滑らかで暗い斑点は、温かい氷が表面を突き破ったときに放出される融解水によって形成された可能性がある。その後、粗くごちゃ混ぜになったレンズ状地層（「カオス」領域と呼ばれる。例えば、コナマラ・カオス）は、地殻の小さな破片が多数形成され、丘状の暗い物質に埋め込まれ、凍った海に浮かぶ氷山のように見える。 [72]
別の仮説では、レンチキュラは実際には小さな混沌とした領域であり、主張されているピット、スポット、ドームは、初期の低解像度のガリレオ画像の過剰解釈から生じたアーティファクトであると示唆しています。これは、氷が薄すぎて、地形の形成に関する対流ダイアピルモデルをサポートできないことを意味します。[73] [74]
2011年11月、テキサス大学オースティン校の研究者を含む研究チームは、エウロパの多くの「カオス地形」の特徴が、液体の水の広大な湖の上にあることを示唆する証拠を提示した。 [75] [76]これらの湖はエウロパの氷の外殻に完全に包まれており、氷殻のさらに下に存在すると考えられている液体の海とは別物である。湖の存在を完全に確認するには、物理的に、またはレーダーなどを使用して間接的に氷殻を調査するように設計された宇宙ミッションが必要になる。 [76]カオスの特徴は、不均一な加熱の結果として低緯度で氷殻の融解と海洋氷の堆積が増加した結果である可能性もある。[77]
ウィリアムズ大学の研究者らが発表した論文によると、カオス地形は衝突した彗星が氷の地殻を突き抜けてその下の海に侵入した場所を表している可能性があると示唆している。[78] [79]
地下海
科学的コンセンサスでは、エウロパの表面の下には液体の水の層が存在し、潮汐力による熱によって地下の海が液体のままであると考えられている。[19] [80]エウロパの表面温度は赤道で平均約110 K (-160 °C ; -260 °F )であるのに対し、極ではわずか50 K (-220 °C; -370 °F)であり、エウロパの氷の地殻は花崗岩のように硬い。[14]地下の海の最初のヒントは、潮汐加熱の理論的考察から得られた（エウロパのわずかに偏心した軌道と他のガリレオ衛星との軌道共鳴の結果）。ガリレオ画像チームのメンバーは、ボイジャーとガリレオの画像の分析から地下の海の存在を主張している。 [80]最も劇的な例は「カオス地形」である。これはエウロパの表面によく見られる特徴で、一部の人はこれを氷の地殻を通して地表下の海が溶けた地域だと解釈している。この解釈は議論を呼んでいる。エウロパを研究した地質学者のほとんどは、一般に「厚い氷」モデルと呼ばれるモデルを支持しており、海が現在の地表と直接相互作用したことはほとんどないと考えている。[81]厚い氷モデルの最も優れた証拠は、エウロパの大きなクレーターの研究である。最大の衝突構造は同心円状に囲まれており、比較的平坦で新鮮な氷で満たされているように見える。これとエウロパの潮汐によって発生する熱量の計算に基づくと、固体氷の外側の地殻の厚さは約 10 ～ 30 km (6 ～ 20 マイル) と推定され、[82]延性のある「温かい氷」層を含むため、その下の液体の海は約 100 km (60 マイル) の深さにある可能性がある。[83]これにより、エウロパの海の体積は3×10 18 m 3となり、地球の海の体積の2～3倍になります。[84] [85]
薄い氷のモデルは、エウロパの氷殻の厚さがわずか数キロメートルしかないことを示唆している。しかし、ほとんどの惑星科学者は、このモデルは木星の潮汐の影響を受けて弾性的に振舞うエウロパの地殻の最上層のみを考慮していると結論付けている。[86]一例として、エウロパの地殻を重い荷重で重み付けされ、曲げられる平面または球体としてモデル化するたわみ解析がある。このようなモデルは、氷殻の外側の弾性部分が 200 メートル (660 フィート) ほど薄い可能性があることを示唆している。エウロパの氷殻が実際にはわずか数キロメートルの厚さしかない場合、この「薄い氷」モデルは、開いた尾根を通して液体の内部が表面と定期的に接触し、混沌とした地形が形成される可能性があることを意味する。[86]氷殻を完全に貫通する大きな衝突は、地下の海が露出する原因にもなる。[78] [79]
構成
ガリレオ探査機は、エウロパが木星の磁場の変動部分によって誘導される弱い磁気モーメントを持っていることを発見した。この磁気モーメントによって作り出される磁気赤道での磁場強度（約120 nT）は、ガニメデの磁場の約6分の1、カリストの6倍である。[87]誘導モーメントが存在するには、エウロパの内部に高導電性の物質の層が必要である。この役割の最も妥当な候補は、液体の塩水でできた大きな地下海である。[49]
エウロパのクローズアップ
1979年にボイジャー宇宙船がエウロパを通過して以来、科学者たちはエウロパ表面の亀裂やその他の地質学的に新しい特徴を覆う赤褐色の物質の組成を解明しようと努めてきた。 [88]分光分析による証拠は、エウロパ表面の暗く赤みがかった筋や特徴は、内部から湧き出た水が蒸発して堆積した硫酸マグネシウムなどの塩分に富んでいる可能性があることを示唆している。 [89] 分光分析で観察された汚染物質のもう1つの説明として、硫酸水和物が挙げられる。[ 90]いずれにしても、これらの物質は純粋な状態では無色または白色であるため、赤みがかった色を説明するには他の物質も存在しているはずであり、硫黄化合物が疑われている。[91]
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色のついた領域に関する別の仮説は、それらが総称してソリンと呼ばれる非生物的有機化合物で構成されているというものである。[93] [94] [95]エウロパの衝突クレーターと尾根の形態は、熱分解と放射線分解が起こる亀裂から流動化した物質が湧き出していることを示唆している。エウロパで色のついたソリンを生成するには、物質源（炭素、窒素、水）と反応を起こすエネルギー源が必要である。エウロパの水氷地殻の不純物は、エウロパの表面を再び覆う氷火山活動として内部から発生するものと、惑星間塵として宇宙から蓄積するものとの両方が推定されている。[93]ソリンは、生命誕生前の化学反応と生物起源において役割を果たしている可能性があるため、重要な宇宙生物学的意味合いをもたらす。[96] [97] [98]
内部海に塩化ナトリウムが存在することは、放射線照射を受けた塩化ナトリウム結晶に特徴的な450nmの吸収特性によって示唆されており、これは最近の地下湧昇域と推定されるカオス領域のハッブル宇宙望遠鏡による観測で発見された。 [99]エウロパの地下海には炭素が含まれており[100] 、地質学的に最近再表面化した地形であるタラ地域内の表面氷上で二酸化炭素の濃縮として観測された。 [101]
熱源
エウロパは潮汐加熱から熱エネルギーを受け取ります。潮汐加熱は潮汐加速によって引き起こされる潮汐摩擦と潮汐屈曲プロセスを通じて発生します。軌道エネルギーと回転エネルギーは、月の核、内部の海、氷の地殻で熱として消散します。[102]
潮汐摩擦
海洋の潮汐は、海洋の摩擦損失と、固体の底部および上部の氷の地殻との相互作用によって熱に変換されます。2008 年後半、木星は、小さいながらもゼロではない傾斜角を持つエウロパに大きな惑星潮汐波を発生させ、エウロパの海洋を暖かく保つ可能性があると示唆されました。これにより、ロスビー波と呼ばれる波が発生します。ロスビー波は、1 日にわずか数 km と非常にゆっくりと移動しますが、かなりの運動エネルギーを生み出す可能性があります。現在の軸傾斜の推定値は 0.1 度ですが、ロスビー波からの共鳴には 7.3 × 1018 Jの運動エネルギーがあり、これは支配的な潮汐力によって引き起こされる流れの2000倍の大きさです。 [103] [104]このエネルギーの消散がエウロパの海の主な熱源である可能性があります。 [103] [104]
潮汐の屈曲
潮汐力による屈曲はエウロパの内部と氷の殻を揉み、熱源となる。[105]傾きの程度にもよるが、海流によって発生する熱は、木星やその惑星を周回する他の衛星の重力によってエウロパの岩石核が屈曲することによって発生する熱の100倍から数千倍にもなる可能性がある。[106]エウロパの海底は、この衛星の絶え間ない屈曲によって加熱され、地球の海の海底火山に似た熱水活動を引き起こしている可能性がある。[102]
2016年に発表された実験と氷のモデリングによると、潮汐力による消散は、科学者がこれまで想定していたよりも1桁多い熱をエウロパの氷で発生させる可能性があることが示されています。[107] [108 ]彼らの結果は、氷によって発生する熱の大部分は、氷の結晶構造（格子）の変形によるものであり、氷粒間の摩擦によるものではないことを示しています。[107] [108]氷床の変形が大きいほど、発生する熱は大きくなります。
放射性崩壊
潮汐加熱に加えて、エウロパの内部は岩石マントル内の放射性物質の崩壊（放射性加熱）によっても加熱されている可能性がある。 [102] [109]しかし、モデルと観測された値は、放射性加熱のみで生成される値よりも100倍高く、[110]したがって、潮汐加熱がエウロパで主導的な役割を果たしていることを示唆している。[111]
羽毛
ハッブル宇宙望遠鏡は2012年にエウロパの画像を取得しましたが、これは南極付近から噴出する水蒸気の柱であると解釈されました。[113] [112]この画像では、柱の高さが200 km (120 mi)、つまりエベレストの20倍以上である可能性があることが示唆されています。[22] [114] [115]ただし、最近の観測とモデル化では、典型的なエウロパの柱ははるかに小さい可能性があることが示唆されています。 [116] [117] [118]柱が存在する場合、それは断続的であり[119] 、エウロパが木星から最も遠い地点にあるときに現れる可能性が高いことが示唆されており、これは潮汐力のモデル化予測と一致しています。 [120]ハッブル宇宙望遠鏡による追加の画像証拠は、2016年9月に発表されました。[121] [122]
2018年5月、天文学者たちは、1995年から2003年にかけて木星を周回したガリレオ宇宙探査機から得られたデータの最新の批判的分析に基づき、エウロパの水柱活動を裏付ける証拠を提示した。ガリレオは1997年にエウロパの表面から206km（128マイル）以内を通過しており、研究者らは水柱の中を飛行した可能性があると示唆している。[23] [24] [25] [26]このような水柱活動は、研究者が月に着陸することなくエウロパの地下の海から生命を探すのに役立つ可能性がある。 [23]
潮汐力は、月が地球に与える影響の約1,000倍強力です。太陽系の他の衛星で水蒸気の噴煙が見られるのはエンケラドゥスだけです。[22]エウロパの推定噴火率は約7000 kg/s [120]で、エンケラドゥスの噴煙は約200 kg/sです。[123] [124]これが確認されれば、着陸機を使って何キロメートルもの氷を掘削しなくても、噴煙をフライバイしてその場で分析するためのサンプルを採取できる可能性が開かれます。[121] [125] [126]
2020年11月、査読付き科学誌「Geophysical Research Letters」に、噴煙はエウロパの地殻内の水に由来する可能性があり、地下の海に由来するものではないとする研究が発表された。ガリレオ宇宙探査機の画像を使用したこの研究のモデルでは、凍結と加圧の組み合わせが氷火山活動の少なくとも一部を引き起こす可能性があると提唱されている。移動する塩水ポケットによって生じる圧力が、最終的には地殻を突き破り、これらの噴煙を生み出す。エウロパの氷火山活動が氷の地殻内の液体ポケットの凍結と加圧によって引き起こされるという仮説は、ハワイ大学マノア校のサラ・ファジェンツ氏によって初めて提唱され、同氏は2003年にこのプロセスに関するモデルを作成して初めて論文を発表した。[127] 2020年11月の研究に言及したNASAジェット推進研究所のプレスリリースでは、移動する液体ポケットから発生するプルームは、生命にとってあまり住みにくい可能性があることが示唆されている。これは、海底の地下にあると提案されている熱水噴出孔とは異なり、生物が繁栄するための十分なエネルギーが不足しているためである。[128] [129]
雰囲気
エウロパの大気は、薄く希薄な大気（外気圏と呼ばれることが多い）に分類でき、主に酸素と微量の水蒸気で構成されています。[130]しかし、この量の酸素は非生物学的な方法で生成されます。エウロパの表面は氷で覆われており、したがって非常に寒いため、太陽の紫外線と木星の磁気圏環境からの荷電粒子（イオンと電子）がエウロパの表面に衝突すると、水蒸気が生成され、瞬時に酸素と水素の成分に分離されます。動き続けると、水素は軽いため大気の表面重力を通過し、酸素だけが残ります。[131]表面で囲まれた大気は、放射線による分子の分解によって形成されます。 [132]この蓄積された酸素大気は、エウロパの表面から190 km（120マイル）の高さに達することがあります。分子状酸素は寿命が長いため、大気の中で最も密度の高い成分です。表面に戻った後、水や過酸化水素分子のように固まる（凍結する）ことはなく、表面から脱着して別の弾道弧を開始する。水素分子はエウロパの表面重力から逃れられるほど軽いため、表面に到達することはない。[133] [134]エウロパは、タイタン、イオ、トリトン、ガニメデ、カリストとともに、定量化可能な大気を持つ太陽系の数少ない衛星の1つである。[135]エウロパはまた、太陽系のいくつかの衛星のうちの1つであり、非常に大量の氷（揮発性物質）を持ち、別名「氷衛星」としても知られている。[136]
エウロパは、水素と酸素の混合物が宇宙に絶えず放出されているため、地質学的に活発であると考えられている。この衛星の粒子の放出により、大気は継続的に補充される必要がある。[131]エウロパには小さな磁気圏（ガニメデの約25％）もある。しかし、この磁気圏は、エウロパが木星の磁場の中を周回するにつれて大きさが変化する。これは、大きな海などの導電性要素が氷の表面下にある可能性が高いことを裏付けている。[137]エウロパの大気については複数の研究が行われており、いくつかの発見から、すべての酸素分子が大気中に放出されるわけではないという結論が出ている。この未知の割合の酸素は、表面に吸収され、地下に沈む可能性がある。表面は地下の海と相互作用する可能性があるため（上記の地質学的議論を考慮すると）、この分子状酸素は海に流れ込み、生物学的プロセスを助ける可能性がある。[138] [139]ある推定によれば、エウロパの表面氷の最大年齢が約0.5 Gyrであることから推定される回転率を考慮すると、放射線分解によって生成された酸化種の沈み込みにより、海洋の自由酸素濃度は陸上の深海に匹敵するレベルに達する可能性がある。[140]
酸素と水素がゆっくりと放出されることにより、エウロパの軌道面の周りに中性トーラスが形成される。この「中性雲」はカッシーニとガリレオ宇宙船の両方で検出されており、木星の内側の衛星イオを取り囲む中性雲よりも多くの内容（原子と分子の数）を持っている。[141]このトーラスは、エネルギー中性原子（ENA）画像を使用して公式に確認された。エウロパのトーラスは、中性粒子が電子を荷電粒子と交換するプロセスを通じてイオン化する。エウロパの磁場は軌道速度よりも速く回転するため、これらのイオンは磁場の軌道上に残され、プラズマを形成する。これらのイオンが木星の磁気圏内のプラズマの原因であると仮定されている。[142]
2024年3月4日、天文学者たちはエウロパの表面の酸素がこれまで推測されていたよりもはるかに少ない可能性があると報告した。[27] [28]
大気の発見
エウロパの大気は、1995年に天文学者のDTホールと協力者によってハッブル宇宙望遠鏡のゴダード高解像度分光器を使って初めて発見された。[143]この観測は、1997年に木星系内でのミッション中にガリレオ探査機によってさらに裏付けられた。ガリレオ探査機はエウロパの電波掩蔽を3回実行し、探査機がエウロパの背後を通過することで地球との無線通信が一時的に遮断された。AJクリオーレ率いる天文学者チームは、掩蔽の直前と直後のエウロパの希薄な大気が無線信号に及ぼした影響を合計6回分析し、エウロパの大気に電離層が存在することを突き止めた。 [144]
気候と天気
ガストーラスが存在するにもかかわらず、エウロパには天候を生み出す雲がない。全体として、エウロパには風も降水量も空の色もない。これは、重力が低すぎて、それらの特徴を形成するのに十分な大気を保持できないためである。エウロパの重力は地球の約13%である。エウロパの温度は、赤道で-160 °C、両極で-220 °Cである。[145]しかし、エウロパの地下の海ははるかに[明確化が必要]暖かいと考えられている。上記のセクションで述べたように、放射能と潮汐加熱のために、エウロパの海の深部には地球の海よりもわずかに冷たい場所があるのではないかと仮説が立てられている。研究ではまた、エウロパの海は当初、硫酸塩、カルシウム、二酸化炭素の濃度が高く、かなり酸性であったと結論付けられている。しかし、45億年の間に、海は塩化物で満たされ[説明が必要]、地球上の1.94％の塩化物を含む海に似たものになりました。
探検
エウロパの探査は、1973年と1974年にそれぞれパイオニア10号と11号が木星をフライバイしたことから始まった。最初のクローズアップ写真は、後のミッションに比べて解像度が低いものだった。2機のボイジャー探査機は1979年に木星系を通過し、エウロパの氷の表面のより詳細な画像を提供した。この画像により、多くの科学者が地下に液体の海がある可能性について推測するようになった。1995年から、ガリレオ宇宙探査機は2003年まで8年間木星を周回し、これまでで最も詳細なガリレオ衛星の調査を行った。これには「ガリレオ・エウロパ・ミッション」と「ガリレオ・ミレニアム・ミッション」が含まれ、エウロパに何度も接近してフライバイした。[146] 2007年、ニューホライズンズは冥王星に向かう途中で木星系を通過したエウロパを撮影した。[147] 2022年、ジュノー探査機はエウロパから352km（219マイル）の距離を飛行した。[17] [148]
2012年、木星氷衛星探査機（JUICE）が欧州宇宙機関（ESA）によって計画ミッションとして選定された。[30] [149]このミッションにはエウロパへの2回のフライバイが含まれるが、ガニメデに重点が置かれている。[150]このミッションは2023年に打ち上げられ、4回の重力アシストと8年間の旅を経て、2031年7月に木星に到達する予定である。[151]
2011年、米国惑星科学十年計画によりエウロパ探査ミッションが推奨された。[152]これを受けてNASAは2011年にエウロパ着陸船の概念研究を委託し、エウロパフライバイ（エウロパクリッパー）とエウロパ周回衛星の概念も検討した。[153] [154]周回衛星要素オプションは「海洋」科学に重点を置き、複数回のフライバイ要素（クリッパー）は化学とエネルギー科学に重点を置く。2014年1月13日、下院歳出委員会はエウロパミッションの概念研究を継続するための8000万ドルの資金を含む新たな超党派法案を発表した。[155] [156]
2013年7月、ジェット推進研究所（JPL）と応用物理学研究所（APL）は、エウロパフライバイミッションの最新コンセプトであるエウロパクリッパーを発表した。 [157] 2015年5月、NASAはエウロパクリッパーミッションの開発を承認したことを発表し、使用する機器を明らかにした。[158]エウロパクリッパーの目的は、エウロパの居住可能性を調査し、将来の着陸船の着陸地の選択に役立てるためにエウロパを探査することである。エウロパクリッパーはエウロパを周回するのではなく、木星を周回して、想定されるミッション中にエウロパの低高度フライバイを45回実施する。探査機は氷貫通レーダー、短波赤外線分光計、地形画像装置、イオンおよび中性粒子質量分析計を搭載する。このミッションは、2024年10月14日にファルコンヘビーで打ち上げられた。[159]
今後のミッション
地球外生命体に関する推測は、エウロパの注目度を高め、将来のミッションに向けた着実なロビー活動につながっています。[160] [161]これらのミッションの目的は、エウロパの化学組成の調査から、その地下海に存在するとされる地球外生命体の探索まで多岐にわたります。[162] [163]エウロパへのロボットミッションは、木星周辺の高放射線環境に耐える必要があります。[161]エウロパは木星の磁気圏に深く埋め込まれているため、1日あたり約5.40 Svの放射線を受けます。[164]
- エウロパ着陸船は、NASAが最近研究しているコンセプトミッションです。2018年の研究では、エウロパは高くてギザギザした氷の突起で覆われている可能性があり、その表面に着陸する場合には問題が生じる可能性があることが示唆されています。[165] [166]
古い提案
2000年代初頭、NASA主導の木星エウロパ探査機とESA主導の木星ガニメデ探査機は、木星の氷衛星への外惑星フラッグシップミッションであるエウロパ木星システムミッションとして共同で提案され、2020年に打ち上げが計画されていた。 [167] 2009年には、タイタン土星システムミッションよりも優先された。[168]当時は、他の提案との競争があった。[169] 日本は木星磁気圏探査機を提案した。
木星エウロパ探査機は、 2007年のESAコズミックビジョンのコンセプト研究でした。別のコンセプトはアイスクリッパーで、 [170]ディープインパクトミッションに似た衝突装置を使用する予定でした。エウロパの表面に制御された衝突を起こし、破片の煙を発生させ、その破片を小さな宇宙船が煙の中を飛行して回収する計画でした。 [170] [171]
木星氷衛星探査機（JIMO）は、イオンスラスタを搭載した核分裂動力宇宙船として開発途中だったが、2006年に中止された。 [161] [172]これはプロメテウス計画の一部であった。 [172]エウロパ着陸ミッションでは、 JIMO用に小型の原子力エウロパ着陸機を提案した。 [173]この着陸機は探査機とともに移動し、地球との通信中継機としても機能する予定であった。 [173]
エウロパ・オービター- その目的は、海洋の範囲と深部との関係を明らかにすることである。搭載機器には、無線サブシステム、レーザー高度計、磁力計、ラングミュア探査機、マッピングカメラが含まれる。 [174] [175]エウロパ・オービターは1999年に承認されたが、2002年にキャンセルされた。この探査機は、海面下をスキャンできる特殊な氷貫通レーダーを搭載していた。 [51]
より野心的なアイデアとしては、浅い地下に凍結している可能性のある生物の痕跡を探すために、熱ドリルと組み合わせた衝突装置などが挙げられる。 [176] [177]
2001年に提案された別の案では、大型の原子力「融解探査機」（クライオボット）が氷を溶かして海底に到達するという。[161] [178]水面に到達すると、自律型水中探査機（ハイドロボット）が展開され、情報を収集して地球に送り返す。[179]クライオボットとハイドロボットは、地球固有の生物ではなく地球の生物が検出されないように、また海底の海洋が汚染されないように、何らかの極端な滅菌処理を受ける必要がある。 [180]この提案されたアプローチはまだ正式な概念計画段階には達していない。[181]
居住性
今のところ、エウロパに生命が存在するという証拠はないが、この衛星は太陽系内で居住可能性が最も高い場所の一つとして浮上している。[140] [182]生命はエウロパの氷の下の海、おそらく地球の深海熱水噴出孔に似た環境に存在する可能性がある。[162] [183] エウロパに火山性熱水活動がなくても、2016年のNASAの研究では、火山活動とは直接関係のない蛇紋岩化作用や氷由来の酸化剤に関連するプロセスを通じて、地球と同レベルの水素と酸素が生成される可能性があることがわかった。 [ 184 ] 2015年、科学者らは、海底と海底が相互作用していることを示唆する、地下の海からの塩がエウロパのいくつかの地質学的特徴を覆っている可能性が高いと発表しました。これは、エウロパが居住可能かどうかを判断する上で重要な場合があります。[21] [185]エウロパの岩石マントルに液体の水が存在する可能性が高いことから、探査機を送り込むよう求める声が高まっている。[186]
潮汐力によってもたらされるエネルギーは、エウロパ内部の活発な地質学的プロセスを促進している。これは、姉妹衛星イオではるかに明白な程度に起こっているのと同様である。地球と同様に、エウロパも放射性崩壊による内部エネルギー源を有している可能性があるが、潮汐力によって生成されるエネルギーは、いかなる放射性源よりも数桁大きいであろう。[187]エウロパの生命は、地球上でエンドリスが生息することが知られている海底の熱水噴出孔周辺、または海底の下に密集して存在している可能性がある。あるいは、地球の極地の藻類やバクテリアのように、エウロパの氷層の下面にしがみついて存在しているか、エウロパの海に自由に浮遊している可能性がある。[188]エウロパの海が冷たすぎると、地球で知られているような生物学的プロセスは発生しない可能性がある。塩分が多すぎると、その環境では高度好塩菌しか生き残れない。[188] 2010年にアリゾナ大学のリチャード・グリーンバーグが提唱したモデルでは、エウロパ表面の氷に放射線を照射すると、地殻が酸素と過酸化物で飽和し、それが地殻運動によって内部の海に運ばれる可能性があると提唱した。このようなプロセスにより、わずか1200万年以内にエウロパの海は地球と同じくらい酸素化され、複雑な多細胞生物の存在が可能になる可能性がある。[189]
証拠は、エウロパの氷の外殻に完全に包まれた液体の水の湖の存在を示唆している。これは、氷殻の下のさらに下に存在すると考えられている液体の海とは異なる。 [190] [76]また、グリーンランドのように、表面で水が凍るとM字型の氷の尾根を形成する水たまりも存在する。[191]これらが確認されれば、湖や水たまりは生命の潜在的な生息地となる可能性がある。証拠は、エウロパの表面の大部分に過酸化水素が豊富にあることを示唆している。[192]過酸化水素は液体の水と結合すると酸素と水に分解されるため、著者らはそれが単純な生命体にとって重要なエネルギー源になる可能性があると主張している。それにもかかわらず、2024年3月4日、天文学者はエウロパの表面の酸素はこれまで推測されていたよりもはるかに少ない可能性があると報告した。[27] [28]
粘土のような鉱物（具体的にはフィロケイ酸塩）は、地球上の有機物としばしば関連付けられており、エウロパの氷の地殻で検出されています。[193]鉱物の存在は、小惑星または彗星との衝突の結果である可能性があります。 [193]一部の科学者は、地球上の生命は小惑星の衝突によって宇宙に吹き飛ばされ、リソパンスペルミアと呼ばれるプロセスで木星の衛星に到着した可能性があると推測しています。[194]
参照
- 木星の衛星
- ガリレオ衛星（木星の4つの最大の衛星）
- フィクションにおける木星の衛星
- エウロパのクレーター一覧
- エウロパの地質学的特徴の一覧
- エウロパの線状構造の一覧
- スノーボールアース仮説
- 海の世界
- 地球外の水
注記
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さらに読む
- Harland, David M. (2000)。木星の旅: NASA のガリレオ計画の物語。Springer-Praxis の天文学と宇宙科学に関する書籍。ロンドン、ニューヨーク: チチェスター: Springer Science+Business Media。ISBN 978-1-85233-301-0。
- ロザリー、デイビッド A. (1999)。外惑星の衛星：それ自体が持つ世界（第 2 版）。ニューヨーク：オックスフォード大学出版局。ISBN 978-0-19-512555-9。
外部リンク
ウィキメディア・コモンズには、エウロパ (月) に関連するメディアがあります。
- NASA のエウロパ プロファイル
- 9つの惑星におけるエウロパの事実
- 太陽系の視点から見たエウロパの事実
- エウロパの前方汚染の防止 – 米国宇宙研究委員会 (2000)
- JPLの惑星写真ジャーナルに掲載されたエウロパの画像
- アメリカ海洋大気庁によるエウロパの自転の動画
- Planetary Photojournal の地物名が記されたエウロパ地図
- USGS 惑星命名法のページから引用したエウロパ命名法と地物名が記載されたエウロパ地図
- ポール・シェンクによるエウロパとその他の太陽系外縁衛星の3D画像と上空飛行動画。
- JPL の Jason Perry による、ヨーロッパの地形の大規模高解像度ガリレオ画像モザイク: 1、2、3、4、5、6、7
- NASAのガリレオ宇宙船から撮影したエウロパの画像モンタージュ
- ガリレオのフライバイから見たエウロパ
- Google Europa 3D、月のインタラクティブマップ
- ケビン・M・ギルによるエウロパ上空飛行の高解像度アニメーション。詳細はアルバムを参照
