| Ａ１．太陽系で２番目に大きな惑星である土星は，ほとんどがガスでできている木星型惑星です。 したがって密度はたいヘん小さく、水より軽いのです。 赤道半径にくらベて極半径が６３００キロも短いので，平たい形をしているのが写真をみるとよくわかります。 土星の最大の特徴は，あの雄大な環です。 環は望速鏡でながめると１枚の板のようにみえますが，実際は無数の細かい粒子の集まりです。 これらはほとんどが氷でできています。 粒子の大きさはメートルサイズ以下で，小さいものほど多数あります。なかにはマイクロメートルサイズの粒子が大部分を占める環もあります。 環にはところどころにすき間が開いています。 昔からこのことは知られていて，比較的大きなすき間には「カッシーニ間隙」や「エンケ間隙」などといった名前がつけられています。 このようなすき間は，土星の衛星の作用によって生じたものです。 たとえばカッシーニ間隙にある粒子の公転周期は，土星の衛星ミマスの公転周期の２分の１になります。 つまり粒子が２回公転するたびに，必ずミマスから強い引カを受けることになります。 その結果，粒子が「掃除」されて環にすき間ができるのです。 さらにボイジャー採査機の観測により，１枚の板のようにみえた環が，実際には１０００以上もの細かいリンダの集まりからなりたっていることがわかりました。 これだけ細かい環をつくるためには，衛星の作用だけでは説明しきれません。 環の中に含まれている比較的大きな粒子が，別の環粒子の「掃除」にかかわっている可能性も指摘されています。 環そのものの成因は興味深いところです。 いくつかの説はあるものの，まだ最終的な答えは出ていません。 説のうちの一つは，潮汐力による破壊説です。 ある天体が土星半径の２．４４倍から内側に近づくと，土星の潮汐力によって破壊されることがわかっています。 この半径のことを「ロッシュ半径」とよびます。しかし探査の結果などから，ロッシュ半径の外側にも環が広がっていることがわかりました。 またロッシュ半径という考え方はあくまでも理論的なものであり，たとえば小さな衛星はいくら近づいても破壊されないことが計算で示されました。 最近では，環は土星付近にあった小天体どうしが衝突した結果か，土星本体が形成されたときの物質が，衛星になりきれないまま残ったものと考えられています。 環の中には奇妙にねじれた形をしたものや，まるで自転車のスポークのような模様をもつものがあります。 このような，これまでの環の概念をくつがえすような形状の原因については，まだ確実な結諭は出ていません。 |
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| 土星 | 土星の衛星タイタン | |||||||||||||||||||||||||||
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土星の基本データ
| 軌道長半径 （天文単位） |
公転周期 （年） |
自転周期 （日） |
赤道半径 （km)） |
質量 （地球＝１） |
平均密度 （kg／㎡） |
表面重力 （地球＝１） |
衛星数 |
| ９．５５５ | ２９．４６ | ０．４４４ | ６０，２６８ | ９５．１６ | ６９０ | ０．９３ | 63 |
Ａ２．土星本体にも木星と同様、赤道に並行な縞模様がみられます。
このことからも，大気の運動が木星とよく似ていることがわかります。
しかし，土星の赤道付近における風速は，秒速５００メートルにも達します。
おだやかにみえる土星ですが，大気の運動は比較的はげしいのです。また木星とはことなり，土星では風はほとんどが西風です。
土星の大気中にみられる不思議な模様としては，北極を中心とした巨大な六角形があります。
まるでヒトデのようにみえるこの模様は，北緯７６度付近をちょうど北極を取り巻くような形で一周しています。
北極からはこの模様に向かって直線状の筋が６本出ています。なぜこのような模様ができるのかはまったくのなぞです。
土星でも大気中にときおり渦巻き状の斑点模様ができます。
この点も木星に似ていますが，木星とことなり，この斑状模様は白いので「大白斑」とよばれます。
大白斑を最初に発見したのはアメリカの天文学者ホールで，１８７６年のことです。
木星の大赤斑は少なくとも３００年以上つづいていますが，大白斑は比較的短命で数週間から数か月，長くても１年程度です。
大白斑は土星大気下部から上昇してきた大気が，上空で凝結して雲をつくっている現象といわれています。
雲の成分はおそらくアンモニアの粒子だと考えられています。
最近では１９９０年９月に，土星の北半球の低緯度地域に大白斑が突然あらわれました。
この出現はおよそ３０年ぶりでした。みつかってから数日の間に光り輝くようになりました。
このときの大白斑は直径８万キロにもおよぶ巨大なもので，ハッブル宇宙望適鏡での観測も行われるなど話題をよびました。
このことからも，大気の運動が木星とよく似ていることがわかります。
しかし，土星の赤道付近における風速は，秒速５００メートルにも達します。
おだやかにみえる土星ですが，大気の運動は比較的はげしいのです。また木星とはことなり，土星では風はほとんどが西風です。
土星の大気中にみられる不思議な模様としては，北極を中心とした巨大な六角形があります。
まるでヒトデのようにみえるこの模様は，北緯７６度付近をちょうど北極を取り巻くような形で一周しています。
北極からはこの模様に向かって直線状の筋が６本出ています。なぜこのような模様ができるのかはまったくのなぞです。
土星でも大気中にときおり渦巻き状の斑点模様ができます。
この点も木星に似ていますが，木星とことなり，この斑状模様は白いので「大白斑」とよばれます。
大白斑を最初に発見したのはアメリカの天文学者ホールで，１８７６年のことです。
木星の大赤斑は少なくとも３００年以上つづいていますが，大白斑は比較的短命で数週間から数か月，長くても１年程度です。
大白斑は土星大気下部から上昇してきた大気が，上空で凝結して雲をつくっている現象といわれています。
雲の成分はおそらくアンモニアの粒子だと考えられています。
最近では１９９０年９月に，土星の北半球の低緯度地域に大白斑が突然あらわれました。
この出現はおよそ３０年ぶりでした。みつかってから数日の間に光り輝くようになりました。
このときの大白斑は直径８万キロにもおよぶ巨大なもので，ハッブル宇宙望適鏡での観測も行われるなど話題をよびました。
Ａ３．理論的な計算によると，土星の内部構造も木星とよく似ており，中心には岩石や氷などでできたコアがあると考えられています。
その外側には，液体状の金属水素とヘリウムでできた領域があり、さらにその外側は分厚い大気になっているようです。
この大気も深いところでは圧カが高いため，液体状になっています。
大気の成分はほとんどが水素とヘリウムで，水素が全体の９７％を占めています。
木星と同じように液体水素からなる内部構造をもち，自転速度が約１０時間半と速いことから，土星にも強い磁場があります。
木星磁場よりは弱いものの，それでも地球磁場の２０倍の強さをもっています。
土星も内部からエネルギーを放出しています。
そのため土星の表面温度は、太陽のエネルギーだけで温められているとして計算した温度より数十℃高くなっています。
しかもその熱源は，木星の場合に想定されている形成時の重力エネルギーだけでは説明できません。
土星の内部エネルギーの原因として，液体金属水素の中をヘリウムや氷などが落下していくときに解放される重力エネルギーを考える科学者もいます。
その外側には，液体状の金属水素とヘリウムでできた領域があり、さらにその外側は分厚い大気になっているようです。
この大気も深いところでは圧カが高いため，液体状になっています。
大気の成分はほとんどが水素とヘリウムで，水素が全体の９７％を占めています。
木星と同じように液体水素からなる内部構造をもち，自転速度が約１０時間半と速いことから，土星にも強い磁場があります。
木星磁場よりは弱いものの，それでも地球磁場の２０倍の強さをもっています。
土星も内部からエネルギーを放出しています。
そのため土星の表面温度は、太陽のエネルギーだけで温められているとして計算した温度より数十℃高くなっています。
しかもその熱源は，木星の場合に想定されている形成時の重力エネルギーだけでは説明できません。
土星の内部エネルギーの原因として，液体金属水素の中をヘリウムや氷などが落下していくときに解放される重力エネルギーを考える科学者もいます。
| Ａ４．土星の衛星の数は６３個（うち、３個は不確定）もあり，太陽系で最も多く発見されています。 土星の衛星はタイタンを除くといずれも半径数百キロ以下で，ほとんどが氷からできています。 そして木星の衛星にくらべると氷の比率が高いのです。 密度などから推定するかぎりでは，多くの衛星で９０％以上の成分が氷でできているようです。 最大の衛星であるタイタンは，半径が約２６００キロで太陽系の衛星の中でも最大級です。 ボイジャー探査機が撮影したタイタンの写真では，ただオレンジ色のスモッグが映っているだけでした。 表面のようすについてはまったくわかっていません。 内部には大きな岩石のコアがあり，その外側は岩石と氷の混合物からできていると推定されています。 タイタンは，地球の１．５倍も濃い大気（１．５気圧）をもつめずらしい衛星です。 地球の半分のサイズにも満たない衛星でこれだけ濃密な大気を維持できる理由は，タイタンが非常に冷たい環境にあるからです。 タイタンの表面温度は，マイナス１８０℃という寒さです。 このような環境では大気を構成するガスの分子の運動が鈍くなり，タイタンの重力でもガスをひきとめておくことができるのです。 タイタンの大気の主成分は窒素で，メタンが数％まじっています。 またシアン化水素などもみつかっていて，アセチレンやエテレンなどの有機物も検出されています。 このことから，タイタンの表面にはかなり複雑な有機物が存在する可能性もあるとみられています。 タイタンには，生命が誕生している可能性があるという人もいます。 おそらくタイタンには広大なメタンの海が広がり，濃密な大気の中ではメタンの雨が降り注いでいることでしょう。 |
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Ａ５．ミマスは半径２００キロ足らずの小さな衛星ですが，その中央部にはミマスの直径の３分の１もの大きさをもつ巨大なハーシェル・クレーターが存在します。
太陽系の多くの衛星や惑星で発見された最大のクレーターは，ほとんどが衛星や惑星の直径の３分の１くらいの直径をもっています。 たとえば水星にあるカロリス盆地、月の南半球にあるアイトケン・クレーター，火星のヘラス盆地、木星の衛星カリストのヴァルハラ，そしてこのミマスのハーシェル・クレーターなどです。 これらのクレーターが意味するところは，おそらくこれ以上のサイズのクレーターをつくるような衝突があれば，衛星や惑星全体が破壊されてしまうということだと考えられます。 ミマスは破壊からぎりぎり生き残った衛星かもしれません。 ディオネは表面全体がクレーターでおおわれている典型的な氷衛星です。 このディオネと同じ公転軌道の上を別の衛星が公転しています。 このもう一つの衛星は，ディオネの軌道の「ラグランジュ点」とよばれる地点にあります。 ラグランジュ点は天体力学的にみて安定な点であり，この点にいる天体はディオネとぶつかることなく公転することが可能です。 この小さな衛星はヘレネと名づけられました。 同じようにテチスの公転軌道上にも，ラグランジュ点に二つの小衛星，テレストと力リプソが存在します。 |
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Ａ６．ラグランジュ点とは、例えば図のように惑星と衛星１に対して、正三角形のもう一つの頂点に当たる同一の軌道上にある衛星２が存在する点のことです。 同様に、衛星３もラグランジュ点となります。他にもラグランジュ点はありますが、安定して存在できるのは、この２点です。 ラグランジュ点の関係にある天体は、小惑星帯にも発見されています。 これらのラグランジュ点の関係にある天体は、その位置関係を崩さずに安定して存在するので、同一軌道上にある衛星が決して衝突することなく、惑星の周りを回り続けるのです。 本来は、３つの天体が存在すると、その運動を正確に予言することは一般に不可能なのですが、ラグランジュ点は３体問題が解ける特別な例なのです。 |
Ａ７．ヤヌスとエピメテウスは土星のすぐ近くを公転する小さな衛星です。
いずれも公転軌道の半径が約１５万キロと非常に近接した軌道を公転しています。
実際，両者の軌道半径のちがいは５０キロしかありません。
しかもこれらの衛星はほんのわずかしか公転周期がちがわないため，４年に１回接近することになります。
衛星の直径は小さいとはいっても１００キロ以上あるので，接近時には衝突してしまうはずです。
計算の結果，これら二つの衛星は，接近するとたがいの公転軌道を交換し合うことがわかりました。
ヤヌスとエピメテウスは，こうして長い間破局をさけつづけてきたのでしょう。
二つともいびつな形をしていることから，もともとこれらは一つであったのが，衝突などによって二つに分裂したのではないかとも考えられています。
いずれも公転軌道の半径が約１５万キロと非常に近接した軌道を公転しています。
実際，両者の軌道半径のちがいは５０キロしかありません。
しかもこれらの衛星はほんのわずかしか公転周期がちがわないため，４年に１回接近することになります。
衛星の直径は小さいとはいっても１００キロ以上あるので，接近時には衝突してしまうはずです。
計算の結果，これら二つの衛星は，接近するとたがいの公転軌道を交換し合うことがわかりました。
ヤヌスとエピメテウスは，こうして長い間破局をさけつづけてきたのでしょう。
二つともいびつな形をしていることから，もともとこれらは一つであったのが，衝突などによって二つに分裂したのではないかとも考えられています。