木星には２００５年時点で５８個の衛星が確認されている。その中で直径が１０００ｋｍを越える衛星は４個ある。イオ、エウロパ、ガニメデ、カリスト　すなわちガリレオ衛星と呼ばれているものである。

エウロパのすぐ内側を回るイオは、直径、質量 、密度ととも地球の「月」に非常によく似た天体である。しかし、クレーターが全くと言っていいほど見あたらない。　全体的に見ると、オレンジがかった色と黒っぽい斑点のコントラストが非常に強く、当初この黒っぽい斑点が衝突クレーター痕ではないかと見られていた。　しかし、探査が進むにつれこの黒い部分が火山活動に起因するものであることがわかり始め、クレーターが見つからないのも、最近まで続いた激しい火山活動によって消し去られたものであると考えられた。

■　火山噴火の発見　■


(A)　１９７９年３月８日、ヴォイジャー１号から送られた、イオの写 真に写っているはずの背後にある星を調査していた女性科学者Linda Morabito（JPL）が、イオの地平線から吹き出す青白い噴煙のようなものを発見した。　詳しく調べてみると、それは紛れもない火山噴火であった。ここに初めて地球以外の天体における、リアルタイムの火山活動が確認されたのである。　写 真（Ａ）は、ヴォイジャー１号が撮影したペレ山の火山噴火（Linda Morabitoが最初に確認したもの）。　この噴煙の高さは約３００ｋｍにものぼり傘状に広がって降下、そしてその堆積物は直径１２００ｋｍの範囲に広がっていることがわかった。　その後、ヴォイジャー１号から送られてきた写 真を再チェックしてみると、全部で８つの火山噴火が見つかった。　

（Voyager1-NASA/JPL）




(B)   写真(Ｂ)は１９９７年にガリレオ探査機によって撮影されたもので、２つの噴火が確認できる。ピラン・パテラと呼ばれるカルデラからは約１４０ｋｍの高さまで噴煙が立ち昇り、プロメテウスからは少々わかりづらいが、噴煙の影が上下にのびている。このプロメテウスは、１９７９年にヴォイジャーによっても撮影されており、継続的に噴煙が立ち昇っているようである。

（Galileo-NASA/JPL）









(C)　　　写真（Ｃ）は２０００年初頭にガリレオ探査機が撮影したトバシター・カ テナと呼ばれる火山。　左側の赤と黄色の部分は温度の高い溶岩で、その上に小さく見える明るいスポットは、溶岩流の先端で溶けた岩石が露出している場所。　さらに中央に向け流れ出たようにみえる部分は冷えた溶岩流。　黒っぽい湖のような部分は硫黄の溶岩湖である。

（Galileo-NASA/JPL）

■　噴火のメカニズム　■

イオの火山活動が地球のそれと比べてスケールが桁外れに大きいのは、イオの表面 重力（月と同じ、地球の６分の１）と、希薄な大気がその１因になっていると考えられる。　また噴出物（二酸化硫黄）が放射状に落下するのも大気が薄いからだろう。
そして噴火のメカニズムに関しては幾通 りか考えられており、特に噴煙が大規模なものと小規模なものについては、以下のようなモデルが有効のようだ。（S.W.Kiefferモデルによる）


a. 硫黄とケイ酸塩のモデル（大規模噴火）


硫黄の層と高温のケイ酸塩マグマ溜りが接触して、硫黄が一気に気化することにより大規模な噴火となる。液体の硫黄は粘性度が高く、噴火は短寿命で断続的なものとなるようである。







(D)    写真（Ｄ）の赤いリングの中心にある黒いスポットがヴォイジャー１号によって、初めて撮影されたペレ山の噴火後の火口。この様な黒っぽい地域は高温で劇的な変化が起きたことを示す。　白っぽい色の部分は二酸化硫黄の堆積物で、黄色と褐色部分は硫黄を主成分とする別 の物質だろう。　また右斜め下の灰色をした円の中心部が、ガリレオ探査機によって撮影されたピラン・パテラの火口（直径４００ｋｍ）である。また左斜め上の黒い地域はバベル・パテラと名付けられている。

（Galileo-NASA/JPL）





b. 硫黄と二酸化硫黄のモデル（小規模噴火）


ケイ酸塩のマントルなどからの熱により硫黄が溶け、さらに二酸化硫黄も溶けて蒸発膨張し噴火が起きる。これはa. のモデルに比べ低温モデルとなるため噴火は小規模となり、また液体の二酸化硫黄は液体の硫黄に比べ粘性度が低く、地核の割れ目からも噴出しやすくなるため長期間にわたる連続噴火も可能となる。











写真の左側がプロメテウス。（Galileo-NASA/JPL）

－プロメテウス－ 噴煙の高さ＝75km，噴出物の広がり＝270km









写 真の上がアミラニで下がマウイ。
（Galileo-NASA/JPL）
－アミラニ－ 噴煙の高さ＝95km，噴出物の広がり＝220km　－マウイ－ 噴煙の高さ＝90km，噴出物の広がり＝230km







■　噴火をおこすエネルギー源　■

月に似たスケールにもかかわらず、何故イオがこれほど激しい環境になったのだろうか。　 例えば地球の火山活動や造山活動、地震などのエネルギー源になっているのは、４６億年にわたる放射性元素の核分裂による崩壊熱と、地球形成時に解放された重力エネルギーとの収支がほぼ同じか、放射性元素の核分裂によるエネルギーの方が黒字になっているためであり、月などのスケールになるとこの収支が既にマイナスに近くなっている、そのために活動が沈静化しているわけである。
どうやらイオのエネルギー源は、放射性元素の崩壊熱によるものではなく、木星との関係に由来するものであると考えた方が良さそうだ。

　　　　　　　　　　　　朝夕力

イオの公転周期はすぐ外側を回るエウロパが２公転する間に１公転している。つまりイオはエウロパから一定時間間隔で絶えず摂動を受けている。このことが続くとイオの公転軌道は揺さぶられ、円ではなく楕円になり木星に近づいたり遠ざかったりすることになる。　離心率そのものは小さいが、木星からの距離にすると約３５００ｋｍの差が生ずる。しかも巨大な重力を持つ木星のすぐ側をまわる小さな衛星ともなれば、その影響は計り知れない。　上の図は誇張したものであるが、結果 イオは絶え間なく変形し、内部摩擦によって大量の熱を発生させることになる。　これがイオのエネルギー源になっているのである。
＊　実は、ヴォイジャー１号が木星に接近する３日前、カリフォルニア大のJ.Peale博士、NASAのP.Cassen博士らがこのことに関する論文を発表しており、イオの火山活動を予言していた。

■　表面模様　■



エウロパの表面は非常になめらかで、目立った凹凸構造やクレーターなどは殆ど見られない。クレーターが殆ど存在しないと言うことは、表面が地質学的に若いものであるといえる。　ヴォイジャーとガリレオ探査機の写真でまず目につくのが、縦横に走る多数の線状構造だ。　一本の線状構造は、幅数ｋｍ～数十ｋｍ、長さ最長数千ｋｍにおよぶものまである。木星、イオの潮汐力、若しくはエウロパの内部エネルギーを起因とする膨張が、表面の亀裂や隆起を造ったのではないかと考えられる。











エウロパ表面の岩石もしくは内部からの噴出物（茶色い部分）、細かい粒子の氷（白い部分）、荒い粒子の氷（青い部分）を強調した疑似カラー写真である（強調はしているが、実際もほぼこれと同じように見える）。　エウロパを覆っている氷が溶ければ、それなりに起伏のある地形が現れ、低い部分は海となるだろうが、それはつかの間である。　全く無いに等しい大気、極寒の世界は、エウロパを永遠に氷の世界に押しとどめ続けるのだろうか。








ガリレオ探査機による数度のエウロパ・フライバイ時に撮影された画像を合成した表面写真。隆起した２対の線（Ｄは拡大したもの）、暗い帯（Ｅは拡大したもの）などの模様が見える。　この暗い帯は、潮汐力により分断された氷の地核の割れ目から、内部海の水が噴出して凍りついたものであると考えられる。２対の隆起線もまた、同様の潮汐力により、左右横方向から圧力を受けてできたものと思われる。　更にＣの茶色の領域は、地殻内部から水とともに噴出してきた物質（硫酸マグネシウム？）であると見られている。　いずれにせよ、エウロパには木星などの潮汐力による地殻変動が起きている可能性が非常に高い。

(E)             　　   (D)

■　氷の地殻と地下の海　■

エウロパ表面の反射能が高いことや、反射スペクトル曲線が、実験室で得られた水の霜の曲線と似ていることから、その表面は水（Ｈ2Ｏ）の氷と霜でできていると予想されている。　更に、エウロパ本体はケイ酸塩質を主体とした岩石でできていると考えられており、地核層としての氷、そして潮汐加熱や岩石からの放射線熱源により溶かされた、液体の水が地下の海洋として存在している可能性が高い。





氷の地核の厚さがどれ位なのか、はっきりとはわかっていない。大体２５ｋｍ～１００ｋｍ位の範囲に説が集中しているようだ。　しかし、氷の下層に水が存在することは、ガリレオ探査機の画像分析により、ほぼ明らかとなった。





氷の大地から分離し流れ出した流氷群だろうと思われる。ジグソーパズルのピースの様な流氷の上に残された線状構造は、元は一枚の氷の上に刻まれたものであることを物語っている。　これらは表面が凍結する前にできあがったものであると考えられるが、もう一つの考え方として、凍結後、地核的な変動により深い亀裂が生じた氷の大地のクレパスに水が上昇して凍結し、更に亀裂の幅が広がるようなことを何度も繰り返してきたのではないかとも思われる。





（海の存在、新たなる証拠）
２０００年１月３日、木星系探査機「ガリレオ」は、エウロパ上空約３５０ｋｍを飛行中に、５時間３０分ごとに変化するエウロパの磁場を観測した。この発見によりＮＡＳＡは、エウロパの氷の下に塩水の海が存在していることで理論的説明がつくと発表した。

■　エウロパ生命の可能性　■

仮に生命は海から誕生し、そしてエウロパの氷の下層部に水（海）が存在するということになったならば、可能性は十分高くなる。　まだ発見はされてはいないが、海底火山や、熱水噴出孔が存在すれば有機物の発生も考えられ、更に深い氷のクレパスから差し込む太陽光からエネルギーを得ることができるだろう。　多分、複雑な生命はあまり期待できないが、地球の凍結湖に棲息する藻類のような生命くらいは存在していても決しておかしくはない。

Memo 
南極のロシア観測基地近く、厚い氷床の下にボストーク湖と名付けられた１９０００平方キロの巨大な湖がある。１９７４年にマイクロ波観測で発見されたこの湖は、４キロ下の氷床最深部に存在しており、地熱や氷床の流れに伴う摩擦熱によって氷が溶けてできたらしい。　ＮＡＳＡをはじめ、ロシアやイギリスの専門チームは、熱水を噴出し、氷を溶かしながら潜るロボットと、潜水用の遠隔操作ロボットを使い、この過酷な環境で棲息する生命の探査を検討している。　グリーンランドで予備実験を繰り返しながら、２００１年にはボストーク湖に挑む予定だが、将来のエウロパ探査に応用できるかどうかということも焦点の一つとなっている。

■　エウロパの大気　■

ハッブル宇宙望遠鏡により、非常に希薄だが酸素を主とする大気が発見された。　この酸素は地球のように生物を起源とするものではなく、エウロパの氷の表面と太陽光の相互作用で、衝突した荷電粒子が水蒸気を発生させ、更に酸素と水素に分離したものであると考えられている。