水星の周辺でダンスする磁気の竜巻

　水星の磁場で、磁気の“竜巻”のような現象が初めて観測された。太陽からは絶えず超音速のプラズマの風“太陽風”が吹きつけているが、これが水星の磁場では渦を巻いて踊るような動きを見せ、ときには地表にまで達していることがわかった。

　新たに発表された研究によると、水星の周囲を取り巻くように形成されたこの目に見えない高エネルギー電子によって、地表の物質が水星の希薄な大気中に巻き上げられているという。

　一連の発見は、水星探査機メッセンジャー（MErcury Surface, Space ENvironment, GEochemistry, and Ranging：MESSENGER）が2008年10月に収集したデータなどから確認された。今回の研究を基に、水星の特徴とされている不安定で希薄な大気の謎が解明されるかもしれない。

　太陽風は2012年から活動期に入ると予想されており、人工衛星の動作や地球上の電力網に障害が生じるのではないかと懸念されている。そのため、これまで以上に詳細な仕組みを解明すべく、研究が急がれている。この研究結果は「Science」誌の今週号に掲載されている。

　水星の“磁気竜巻”は、荷電粒子の嵐である太陽風が、水星の表面で磁気リコネクションと呼ばれるプロセスを引き起こしたときに生じている。

　磁気リコネクションでは、太陽から伸びている磁場線が水星を取り巻いている磁場線と接合するようにつなぎ替えられるが、このときに太陽風のエネルギーが水星の磁場へ伝わり、荷電粒子が磁場線に沿って水星に打ちつけられる。接合した磁場線の集まりはその後、水星の磁気境界を突き抜け、それにより発生した荷電粒子の束が吹き荒れる太陽風の中で回転することで竜巻が形成されていた。

　もっとも、磁気リコネクションは地球の周囲でも生じている。水星よりも大気の層が厚い地球では、磁気リコネクションのエネルギーで大気中の原子が発光し、極地でみられる光のショー“オーロラ”となって観測されている。

「だが驚くべきことに、水星で発生している磁気リコネクションは、地球の10倍を超える激しさであることがわかった」と、今回の研究論文の著者でアメリカのメリーランド州にあるNASAゴダード宇宙飛行センターのジェームス・スレイビン氏は語る。

　水星は太陽の最も近傍に位置する惑星なので理にかなった話ではあるのだが、同氏によれば、「従来の想定では地球の2～3倍程度と考えられていた」という。

「水星にはオーロラ発生に必要な気体や高密度の大気が存在しない。だから目に見える現象としてはとらえられないのだが、地球と同様、水星の極地周辺の磁場にも、電流が輪を描いている可能性がある」と同氏は話している。

　今回の観測では、太陽風が直接、水星の地表の形成に関わっていることも明らかになった。

　地球をはじめ木星や土星では、高密度な大気と強い磁気シールドが、太陽風の直撃から地表を保護している。一方、金星や火星のように大気が薄く、磁場がほとんどないとされる惑星では、太陽風が長い年月をかけて大気をはぎ取りつつあるという。

「そして、水星のようにほとんど大気がない惑星では、ほんの少しずつではあるが太陽風が地表を浸食するという状況にいたっている」と前出のスレイビン氏は説明している。

　これについて共同研究者でワシントンカーネギー研究所のショーン・ソロモン氏は、「水星はわれわれが思っていたより、ずっと複雑でダイナミックな星なのかもしれない」と語っている。

Image courtesy NASA/Goddard Space Flight Center/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Carnegie Institution of Washington, reproduced courtesy Science/AAAS