星を取り囲むプラズマリングの歪みを測定~従来手法の制約を克服する新しい観測手法を確立~

2026-02-10 東北大学

東北大学大学院理学研究科附属惑星プラズマ・大気研究センターの佐藤晋之祐大学院生らの国際研究チームは、NASAの木星探査機Junoの紫外線観測データを用い、木星を取り囲むプラズマリング(イオ・プラズマトーラス)の歪み構造を高精度で測定した。従来、地上望遠鏡観測では地球と木星の位置関係によりリング全体を捉えられない制約があったが、本研究では木星周回探査機による360度観測を実現し、プラズマリングの歪みの方向(朝夕非対称性)を正確に決定した。解析には、イオに起因する紫外線オーロラの「フットプリント」の位置ずれ(リード角)を用いる新手法を適用した。本成果は、イオ起源プラズマの分布理解を進めるとともに、生命存在可能性が議論される氷衛星周辺のプラズマ環境解明にも重要な知見を与える。

星を取り囲むプラズマリングの歪みを測定~従来手法の制約を克服する新しい観測手法を確立~
図1. Juno-UVS装置によって撮影された木星の南半球における紫外線オーロラの様子。イオの「オーロラフットプリント」は「磁気フットプリント(=衛星の真の位置を表す)」に対して経度方向にずれており、その経度差を「リード角」と呼ぶ。本研究では、このリード角を測定した。

<関連情報>

ジュノーUVSによるイオのオーロラフットプリント観測から得られたイオプラズマトーラスの夜明けと夕暮れの非対称性 Dawn–Dusk Asymmetry of the Io Plasma Torus Derived from Io’s Auroral Footprints Observed by Juno-UVS

Shinnosuke Satoh, Vincent Hue, Fuminori Tsuchiya, Shotaro Sakai, Yasumasa Kasaba, Hajime Kita, Masato Kagitani, Alessandro Moirano, Bertrand Bonfond, Hiroaki Misawa,…
The Planetary Science Journal  Published 2026 February 9
DOI:10.3847/PSJ/ae3678

Abstract

The Io plasma torus (IPT) is a dense plasma cloud that corotates around Jupiter near Io’s orbit. A dawn-to-dusk electric field shifts the IPT dawnward. The shift orientation has been previously measured, but the observing geometries have limited our understanding of the spatial extent of the dawn-to-dusk electric field in the day–night direction. This study probes the dawn-to-dusk electric field using Io’s auroral footprints. The position of the Io footprint corresponds to the travel time of the Alfvén waves from Io, which depends on the local plasma mass density along the magnetic flux tube connected to the moon. By modeling the Alfvén wave propagation, we retrieved the ion mass density and temperature at Io’s orbit from the footprint positions measured by the Juno Ultraviolet Spectrograph from 2016 to 2022, but the two parameters are degenerate. We found that the flux tube mass content (FTMC)—the total mass integrated along the magnetic field line—is a more robust proxy for variability in the plasma conditions at Io’s orbit. The deduced Io-FTMC is correlated with Io’s local time (LT) in the magnetosphere. The peak Io-FTMC is found at 03:42 ± 00:53 LT, suggesting the dawn-to-dusk electric field is oriented toward a predusk direction. The estimated dawn-to-dusk electric field is 3.0–20.0 mV m−1, with an upper limit exceeding the previously observed values. This may reflect temporal variations in the solar wind dynamic pressure and in the local plasma conditions driven by Io’s volcanic activity over the Juno era.

1701物理及び化学
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