イオ起源ナトリウム雲分布の時間変動の可能性について

*鈴木 克[1], 高橋 慎[1], 野澤 宏大[1], 三澤 浩昭[1]
森岡 昭[1], 岡野 章一[1]

東北大学大学院理学研究科惑星プラズマ・大気研究センター[1]

A possibility of the time variation of Io's sodium distribution

*Masaru Suzuki[1] ,Shin Takahashi [1],Hiromasa Nozawa [1]
Hiroaki Misawa [1],Akira Morioka [1],Shoichi Okano [1]
Planetary Plasma and Atmospheric Research Center, Tohoku University[1]

The Galilean satellite Io has many active volcanoes on its surface. It is thought that the gases originated from the volcanoes construct Io's atmosphere and have been escaping from Io due to the interaction with the Io plasma torus. Sodium atoms, minor component of volcanic gases, emit so brightly by the resonance scattering that it is easy to detect its emission by the ground-based observations. We made the 2D imaging observation around Io and obtained sodium emission images which show features of sodium distribution and its variability. In order to investigate these features, we made a sodium ejection model considering the model parameters, and compared the model calculation with our observational results. We show the result of the model calculation and report a possibility of the time variation.

　衛星イオは活発な火山活動を行っており、火山性ガスはイオ大気 を形成するとともに、木星磁気圏プラズマとの相互作用によってイ オから放出され、磁気圏内の主要なプラズマ供給源となっている。 このような火山性ガス成分のうち、ナトリウムは他に比べ非常に大 きな共鳴散乱断面積を持つためにその発光を地上から検出すること が容易であり、これまでの研究からいくつかの特徴的構造が認めら れ、これらは放出機構の違いによるものであると考えられている。

　これらの特徴的構造のうち、衛星イオ周辺(イオから数RJ)に分布 するものはイオの公転運動(=イオ位相角(θIo)の変化)や木星磁場 の自転(=イオにおける木星磁気経度(λIII(Io))の変化)によって見 え方を大きく変化させるが、一方でその起源であるイオ表面の火山 活動の規模によっても時間変動をすることが期待される。われわれ は光学観測とモデル計算の比較によってこのような時間変動の検出 を目指しているが、そのためには観測のジオメトリーによる変化を 十分に再現できる標準的なナトリウム放出機構モデルが必要とな る。そこで今回は標準モデルを構築することを目的とし、特徴的構 造から考えられる主要な放出機構を組み合わせて基礎的な放出モデ ルを推定した。この基礎的な放出モデルによる計算結果と観測との 比較からナトリウム放出機構に関する幾つかのモデルパラメータを 得て、その妥当性について検証を行った結果、得られたパラメータ によるモデル計算から同一シーズン内において観測を十分に再現で きる一方、他の観測シーズンにおいては十分には再現できないこと が明らかとなった。

　これらの原因の解明は今後に譲られるが、推定された基礎的な放 出モデルが現実に起こっている放出の物理をまだ十分には表現して いないことに加え、観測シーズンの違いによってイオ周辺環境が時 間変動した可能性も考えられる。実際、イオ大気は火山の存在する 領域に集中しているとする研究結果も報告されており、われわれの 観測におけるおよそ1年というシーズンの違いによって火山活動に 由来するイオ周辺環境は変動し、モデルパラメータに大きく影響し ていると考えられる。したがって、観測との比較によって標準モデ ルを構築するためには特定の期間において光学観測を集中的に行う 必要があり、また放出の物理を明らかにし標準モデルを現実的なも のとするためにも、よりイオに近い領域を観測し詳細に調べること が重要な鍵である。