[論文レビュー] Jupiter's North Equatorial Belt and Jet, I, Cyclic expansions and planetary waves

John Rogers|arXiv (Cornell University)|Jul 11, 2017

Astro and Planetary Science参考文献 12被引用数 6

ひとこと要約

本論文は1986年から2010年までの木星の北赤道帯（NEB）を分析し、周期的拡大（NEE）が惑星スミス波によって駆動されていると提唱している。明るい亀裂が暗黒構造を破壊し、南に暗黒物質が噴出するのを引き起こすことで拡大が開始され、120 m/sの波動的特徴が主ジェットのダイナミクスに重畳された高周波数波を示しており、スミス波理論と雲上層風速と整合的である。

ABSTRACT

This article presents a synopsis of the activity in Jupiter's North Equatorial Belt (NEB) from 1986 to 2010, and of the speeds of dark formations on its south edge and bright streaks ('rifts') in its interior. In particular I discuss NEB expansion events (NEEs), which took place every 3-5 years during this time, and how the various features of the NEB are involved in them. I present evidence that the NEE affects not just the northern edge, but the whole width of the belt. It begins with an outbreak of a bright rift that is more northerly and slower-moving than usual; this is often involved with the first ejection of dark material northwards into the N. Tropical Zone, but typically the rift also expands southwards across the width of the NEB. NEBs dark formations are usually affected, as they are during individual interactions with rifts at other times; they may be disrupted, or intensified, and they usually undergo deceleration. The expansion of the dark NEB to the north occurs concurrently, and is followed by the appearance of new dark 'barges' and white ovals flanking the NEBn jet. The speed of the NEBs dark formations varies with their mean spacing, consistent with the prevailing hypothesis that they are planetary Rossby waves. In most apparitions since 2000 we have also detected smaller, faster features (120 m/s). I propose that these represent waves of the same type, but with higher frequency, and that their speed is slightly less than the true wind speed at cloud-top level under normal conditions.

研究の動機と目的

• 1986年から2010年までの木星の北赤道帯における周期的拡大イベント（NEE）を調査すること。
• 明るい亀裂と暗黒構造がNEB拡大の開始および進行に果たす役割を特定すること。
• 暗黒特徴の速度とその間隔との関係を検討し、惑星波仮説を検証すること。
• 高速移動特徴（120 m/s）を特定・特徴付け、それらを高周波数のスミス波モードに関連付けること。
• NEBダイナミクスが北縁部だけでなく帯全体の幅に及ぼす影響を評価すること。

提案手法

• 1986年から2010年までの地上および宇宙機器による視覚的および画像観測データの分析。
• NEBの南縁および内部における暗黒構造と明るい亀裂の追跡を通じて、速度と空間パターンを測定すること。
• 特徴の速度と平均間隔の相関関係を調べ、惑星スミス波仮説を検証すること。
• NEB拡大イベント（NEE）に繰り返し3～5年周期が確認されることを特定すること。
• 観測された特徴速度（例：120 m/s）と雲上層での予想されるジェット風速とを比較すること。
• 観測データを用いてNEB全域における波動ダイナミクスと伝播メカニズムを推定すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 木星の北赤道帯（NEE）の周期的拡大はどのような要因で引き起こされ、どの程度の頻度で発生するか？
• RQ2 NEB拡大イベント中、明るい亀裂と暗黒構造はどのように相互作用するか？
• RQ3 NEB拡大は北縁部だけでなく帯全体の幅にどの程度影響を及ぼすか？
• RQ4 暗黒特徴の速度とその間隔との相関関係は、波動ダイナミクスにどのような意味を持つのか？
• RQ5 2000年以降に観測された高速移動特徴（120 m/s）の性質は何か、そして惑星スミス波とどのように関連しているか？

主な発見

• 1986年から2010年の間、NEB拡大イベント（NEE）は3～5年に1度の周期で発生し、通常よりも北寄りに位置し、通常よりも遅く動く明るい亀裂によって引き起こされた。
• 拡大プロセスには、北赤道帯への暗黒物質の北への噴出と、帯全体にわたる南への拡大の両方が含まれる。
• NEB内の暗黒構造は、亀裂との相互作用の際に通常、破壊されたり強化されたりし、減速を経験する。
• 暗黒構造の速度は、その平均間隔と系統的に相関しており、それらが惑星スミス波であるという仮説を支持する。
• 2000年以降、一貫して約120 m/sで移動する高速特徴が観測されており、これは高周波数の波モードを示唆している。
• これらの高速特徴は、通常の条件下で真の雲上層風速よりもわずかに低い速度を持つスミス波であると推定される。