ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡が捉えた木星のオーロラ：衛星イオの「フットプリント」に未知の温度構造を発見

2026年3月2日付の学術誌『Geophysical Research Letters』に掲載された最新の研究成果により、木星のガリレオ衛星が引き起こす赤外線オーロラの「フットプリント（足跡）」に関する、史上初の分光測定結果が明らかになりました。ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡（JWST）を用いたこの精密な観測は、巨大ガス惑星である木星の上層大気において、これまで特定されていなかった複雑な温度構造や劇的な密度変化を浮き彫りにしています。

本研究では、木星の強力な磁気圏と衛星イオおよびエウロパとの相互作用によって形成されるオーロラ領域の物理的特性を詳細に分析しました。最大の発見は、衛星イオの軌道に対応するフットプリント内に「コールドスポット（低温領域）」が存在することです。この領域のイオン温度は538ケルビン（265°C）と測定され、周囲の主要なオーロラ領域で記録された766ケルビン（493°C）を大幅に下回っています。さらに、この低温領域における三水素イオン（H₃⁺）の密度は、通常のオーロラ部分と比較して最大3倍に達していることが判明しました。

この画期的な研究を主導したのは、ノーザンブリア大学の博士課程に在籍するケイティ・ノウルズ氏であり、同大学の惑星天文学教授であるトム・スタラード氏の指導のもとでプロジェクトが進められました。スタラード教授は、2023年9月にJWSTを用いた22時間に及ぶ貴重な観測時間を確保し、データ収集を指揮しました。この国際的なプロジェクトには、アメリカ航空宇宙局（NASA）、欧州宇宙機関（ESA）、およびカナダ宇宙庁（CSA）も協力しています。

太陽風の影響を強く受ける地球のオーロラとは異なり、木星のオーロラはその巨大な衛星群、特に主要な4つの衛星の影響によって大部分が制御されています。今回の観測で確認されたイオのフットプリントにおける極端な変動性、すなわち45倍にも及ぶ密度の変化や分単位で発生する温度の乱高下は、木星の大気へ衝突する高エネルギー電子の流れが極めて動的であることを物語っています。

これらの定量的な分光測定データは、地球外惑星の磁気圏を深く理解するための大きな飛躍を意味します。研究チームは、衛星と惑星の相互作用によって生じるこのような物理メカニズムが宇宙において普遍的である可能性を示唆しており、今後は土星の衛星エンケラドゥスなど、太陽系の他の天体における同様の現象の解明にも期待が寄せられています。