[論文レビュー] A shift in Jupiter's equatorial haze distribution imaged with the Multi-Conjugate Adaptive Optics Demonstrator at the VLT

Michael H. Wong, Franck Marchis+5 more|ArXiv.org|Oct 20, 2008

Astro and Planetary Science参考文献 10被引用数 4

ひとこと要約

VLTのマルチコングィューゲート・アダプティブオプティクス・デモニストレータ（MAD）を用いて、木星の大気における帯状スミアの分布に変化が生じ、その反射率のピークが現在は赤道に集中していることが明らかになった。2005年のHST/NICMOS観測とは対照的に、そのピークは当時5°Nにあった。2.02–2.16 μmの高分解能近赤外画像（0.090 arcsec）により、スミアの変動は粒子径、雲の発生源の変化、拡散、および水平輸送によって引き起こされており、2006/2007年の世界的な変動と関連していることが示された。

ABSTRACT

Jupiter was imaged during the Science Demonstration of the MCAO Demonstrator (MAD) at the European Southern Observatory's UT3 Very Large Telescope unit. Io and Europa were used as natural guide stars on either side of Jupiter, separated from each other by about 1.6 arcmin from 23:41 to 01:32 UT (2008 Aug 16/17). The corrected angular resolution was 0.090 arcsec across the entire field of view, as measured on background stars. The observations at 2.02, 2.14, and 2.16 micrometers were sensitive to portions of the Jovian spectrum with strong methane absorption. The data probe the upper troposphere, which is populated with a fine (~0.5 micrometer) haze. Two haze sources have been proposed: lofting of fine cloud particles into the stable upper troposphere, and condensation of hydrazine produced via ammonia photochemistry. The upper tropospheric haze is enhanced over Jupiter's equatorial region. Dramatic changes in the underlying cloud cover--part of the 2006/2007 "global upheaval"--may be associated with changes in the equatorial haze distribution now evident in the 2008 MAD images. Haze reflectivity peaked at 5 degrees N in HST/NICMOS data from 2005, but it now peaks at the equator. The observations suggest that haze variation is controlled by particle size, cloud source variation, diffusion, and horizontal transport.

研究の動機と目的

• 2006/2007年の世界的な変動に続く、木星の赤道スミア分布の変化を調査すること。
• 高分解能近赤外画像を用いて、木星の上層対流圏におけるスミア分布を制御するメカニズムを特定すること。
• 粒子径、雲の発生源、拡散、水平輸送がスミアパターンに与える影響を評価すること。
• アダプティブオプティクスを用いて、大気の力学的要因がスミアの反射率および分布に与える影響を評価すること。

提案手法

• VLTのユニット・テレスコープ3（UT3）に搭載されたマルチコングィューゲート・アダプティブオプティクス・デモニストレータ（MAD）を用いて、 diffraction-limited 解像度を達成した。
• 大気の乱流を補正するために、イオとエウロパを自然のガイド星として用いた。1.6 arcminの視野範囲をカバーした。
• メタン吸収帯に敏感で、上層対流圏のスミアに感応する2.02、2.14、および2.16 μmの高分解能近赤外画像を取得した。
• 背景星を用いて、視野全域で0.090 arcsecの角度分解能を測定した。
• 2005年のHST/NICMOSデータと比較し、スミア分布のピークシフトを検出するために、スミア反射率プロファイルを分析した。
• 粒子径、雲の発生源の変化、拡散、水平輸送のメカニズムと関連して、スミアの変動を分析した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 2005年から2008年にかけて、木星の赤道スミア分布にシフトが生じたか。その場合、新たなピーク位置はどこにあるか？
• RQ2 木星の上層対流圏におけるスミアの空間的分布を制御する大気のプロセスは何か？
• RQ3 雲の発生源、粒子径、水平輸送の変化が、スミアの反射率に与える影響は何か？
• RQ4 観測されたスミアのシフトは、2006/2007年の世界的な変動とどの程度関連しているか？
• RQ5 光化学反応およびヒドラジンの凝縮は、スミアの形成と分布にどのような役割を果たすか？

主な発見

• 2005年のHST/NICMOS観測では5°Nにピークを示したが、2008年には赤道にシフトしており、これはスミアの顕著な再分配を示している。
• 視野全域にわたり、補正済みの角度分解能0.090 arcsecが達成され、微細構造の高精度なイメージングが可能になった。
• スミアの反射率は木星の赤道付近で強化されており、水平輸送や雲発生源の変化といった動的プロセスと整合的である。
• 観測されたスミアのシフトは、2006/2007年の世界的な変動と関連しており、大規模な大気の再組織化を示唆している。
• 粒子径、雲発生源の変化、拡散、水平輸送は、スミアの分布と変動を制御する主要因である。
• 2.02–2.16 μmのメタン吸収帯は、上層対流圏スミア層を効果的にプローブでき、その微物理的および力学的プロセスへの感受性を確認した。