土星

The Bringer of Old Age

土星に関する事実

• 土星は太陽から６番目の惑星で、２番目に 大きい惑星です：
  • 太陽からの距離：1,429,400,000 km (9.54 天文単位)
  • 赤道直径：120,536 km； 両極直径：108,728 km
  • 質量：5.688e26 kg

• ローマ神話によれば、土星は農業の神です。関連したギリシャの神、 クロノス は、ウラヌスとガイアの息子であり、ゼウス（ジュピター：木星） の父です。「サターン（土星）」は、英語の「サタディ（土曜日）」 の元となった単語です（ 付録４を参照）。

• 土星は有史以前から知られています。ガリレオ が1610年に、初めて望遠鏡で観測しました；彼は土星の奇妙な姿に気づき、 混乱してしまいました。初期の土星の観測は、土星が軌道を移動するに つれて、地球が土星の環 の平面を数年ごとに通過するという事実のために、複雑なものに なりました。そのため、 低い解像度で見た土星の姿 は非常に変化が激しいものとなりました。1659年になって初めて、 クリスチャン・ホイヘンスが 土星の環の幾何学的構造を正しく推測しました。 1977年に天王星、 またほどなく木星と海王星に 薄い環が発見されるまでは、 土星の環は、太陽系で唯一の構造とみられていました。

• 1979年、宇宙探査機 パイオニア11号 が初めて土星を訪れました。その後に ボイジャー１号と ２号が訪れました。

• 土星は、小さな望遠鏡で見ても、明らかに平たくつぶれて見えます （写真10）； 扁平率は約10％です。これは土星の速い自転速度と、流動体の性質のためです。

• 土星は、惑星の中で一番密度が低い惑星です；その比重は水より小さく、0.7です。 （もし十分大きな池があれば、土星は水に浮かべることができるでしょう）。

• 木星と同じく、土星は75％が水素で、25％がヘリウム、そして、わずかの水、メ タン、アンモニアと岩石でできていて、太陽系が形成されたといわれる原初の 太陽星雲と似た組成をしています。

• 土星の内部構造は木星のそれと似ており、岩石の核、 液体金属水素の層、分子水素の層からなっていま す。微量の種々の 氷も存在します。

• 土星の内部は熱く（核で12000K）、土星は太陽から受ける以上のエネルギーを 宇宙に放出しています。このよけいなエネルギーは、木星と同じように ケルビン−ヘルムホルツ機構によって発生して います。しかし、それだけでは土星の光度を説明するには不十分かもしれません； なにかさらに別のメカニズム（機構）、おそらくは土星の深部でのヘリウムの 「raining out」が働いているのかもしれません。

• 木星でははっきりとしている表面の 帯も、土星ではずっとぼんやりしています （写真2）。帯は、赤道付近では両極付近に比べてずっと幅 が広くなっています。雲の頂上部分の詳細は地球からは見えないので、宇宙探査機 ボイジャーが土星に接近し て初めて、表面の大気循環が研究できました。土星もまた、木星の様な、寿命の長い楕円 やその他の形を持っています。1990年に、 ハッブル望遠鏡が土星の赤道付近に、ボイジャ ーの接近の頃にはなかった大きな白い雲の塊（かたまり）を発見しました； 1994年には、別のやや小さい嵐が観察されています。

• よく目立つ環（ＡとＢ）と、薄く見える環（Ｃ）が地球から見えます。 ＡとＢの間のすきまはカッシーニ の間隙（かんげき）として知られています；Ａ環の中にある、もっと薄い隙間は エンケの間隙として知られています（写真13）。 宇宙探査機ボイジャーの写真は ほかにも４つの薄い環を示しています。土星の環は、ほかの惑星の環と異なり、 大変明るいものです （アルベド値0.2〜0.6）。

• 地球からはつながって見えますが、環は実際は大きさが１センチメートルから数 メートルにわたる小さな塊からなっています。大きさが数キロメートルのものもある ようです。

• 土星の環は非常に薄いです：直径は250,000km以上もありますが、厚さはせいぜ い200メートルしかありません。印象的な見かけとはうらはらに、環には非常に小さな 物質があるだけです 。―― もし環の物質を一つの塊に固めてしまったら、直径はせい ぜい100km程度にしかならないでしょう。

• 環を作っている塊は、主に水性の氷と思われますが、あるいは表面が氷に覆われ た岩石もあるかもしれません。

• 宇宙探査機ボイジャーは、 「スポーク」と呼ばれる、環の上の放射状の不思議なまだらが実際に存在する ことを確認しました（写真13）。スポークは最初にア マチュア天文学者が観測の報告をしていたものです。その性質は謎ですが、 土星の磁場と関係があるのかもしれません。

• 土星の一番外側のＦリングは、二本の細く、明るい環が編み合わされ、そ れに沿って「結び目」が見られる、複雑な構造をしています （写真14）。結び目は、環の物質が固まったものか、 あるいは小さな衛星ではないかと科学者は推測しています。

• 土星の衛星と環の間には、潮汐力による複雑な 共鳴現象があります： 「羊飼い衛星（シェパード衛星）」と呼ば れるいくつかの月（すなわち アトラス、 プロメテウス、 パンドラ）は、明らかに環をその形に固定しておくのに 重要な役割があります； ミマスは カッシーニの間隙に物質 が少ないことの原因となっていて、それはちょうど小惑星帯の カークウッド間隙と似たようなものです； パンはエンケ間隙の内部にあります。全体の系 は非常に複雑で、まだほとんど解明されていません。

• 土星（やその他の木星型惑星）の環の起源は不明です。これらの惑星は、 発生当初から環を持っていたかもしれませんが、環のシステムは不安定で、なにか現 在進行中のプロセスで補給されなくてはなりません。おそらくそれは、より大きな衛星 の崩壊によるものと思わます。

• ほかの木星型惑星と同じように、土星もかなりの強さの磁場を持っています。

• 夜の空なら、土星は肉眼で容易に見ることができます。木星ほどには明るく ないですが、恒星がするような「またたき」をしないので、簡単に惑星だとわかります。 環と大型の衛星は、小さな天体望遠鏡で見ることができます。マイク・ハーヴェイの 惑星探索チャートで、現在の土星（とその他の惑星）の天空での位置を知ること ができます。

写真

1. （上）土星と衛星レアとディオネ 162k gif; 34k jpg 298k gif

2. 土星の一部と 衛星テティス、ディオネ 85k gif; 14k jpg

3. 振り向いて土星を見る 316k gif

4. 土星の大型イメージ、白黒 358k gif
5. 土星、ポケットサイズの映像の最良のもの 113k gif
6. 満月状態の土星と環 242k gif
7. 満月状態の土星と環の拡大 236k gif
8. 土星、衛星が表面を横切っている。 245k gif
9. ハッブル望遠鏡による土星 71k gif; 39k jpg
10. ノルディック光学望遠鏡から見た土星 43k gif

11. 赤い楕円形の雲 103k gif; 16k jpg

12. 土星の拡大図、雲の生成が見られる 353k gif

13. 環にある「スポーク」（偽カラー） 204k gif

14. 編み合わされたＦリング 5k jpg; 31k gif

15. 土星の環、スポークの拡大図 245k gif
16. 土星の環、スポークをさらに拡大 287k gif
17. 偽カラーの、驚異的な土星の環 130k jpg
18. 環の図解 101k gif
19. ... もっと他の土星の画像

ムービー

1. 自転する赤い土星と２つの衛星 82 k fle
2. 宇宙探査機ボイジャー２号の土星接近 606k quicktime
3. 土星の嵐 186k mpg
4. 土星の環のスポーク 9 90k quicktime; 1300k AVI

土星の衛星

• 自転周期が知られている衛星では、フェーベとヒペリオン以外は、 同期して自転しています。
• ミマスとテシス、エンケラドゥスとディオネ、タイタンとヒペリオンの３つのペ アは重力の相互作用があり、互いの軌道上で安定した位置関係を保っています：ミマス の公転周期はテシスのそれのちょうど半分で、それらは１：２の 共鳴状態にある、と表現されます；エンケラド ゥスとディオネも１：２；タイタンとヒペリオンは３：４の共鳴状態にあります。
• 18の命名された衛星に加えて、少なくとも さらに12の衛星が報告され、仮の命名を受けています。

                  距離     半径    質量
   衛  星       (000 km)   (km)     (kg)   発見者            発見年
--------------  --------  ------  -------  ----------------  ------
パン                134      10      ?     ショーウォルター   1990
アトラス            138      14      ?     テリル             1980
プロメテウス        139      46   2.70e17  コリンズ           1980
パンドラ            142      46   2.20e17  コリンズ           1980
エピメテウス        151      57   5.60e17  ウォーカー         1980
ヤヌス              151      89   2.01e18  ドルフュス         1966
ミマス              186     196   3.80e19  ハーシェル         1789
エンケラドゥス      238     260   8.40e19  ハーシェル         1789
テシス              295     530   7.55e20  カッシーニ         1684
テレスト            295      15      ?     ライツェマ         1980
カリプソ            295      13      ?     パスキュ           1980
ディオネ            377     560   1.05e21  カッシーニ         1684
ヘレネ              377      16      ?     ラキュ             1980
レア                527     765   2.49e21  カッシーニ         1672
ティタン           1222    2575   1.35e23  ホイヘンス         1655
ヒペリオン         1481     143   1.77e19  ボンド             1848
イアペトゥス       3561     730   1.88e21  カッシーニ         1671
フェーベ          12952     110   4.00e18  ピカリング         1898

土星の環

         距離     幅     質量
 環       (km)    (km)   (kg)
----  --------   -----  ------
 Ｄ      67000    7500     ?
 Ｃ      74500   17500  1.1e18
 Ｂ      92000   25500  2.8e19
カッシーニの間隙
 Ａ     122200   14600  6.2e18
 Ｆ     140210     500     ?
 Ｇ     165800    8000    1e7?
 Ｅ     180000  300000     ?

土星とその衛星に関するもっと詳しい情報

• アリゾナ州立大学(ASU)から
• ロスアラモス国立研究所(LANL)から
• パサデナ・ジェット推進研究所(JPL)から
• スミソニアン協会(RPIF)から
• グリニッジ王立天文台(RGO)から
• 国立宇宙科学データセンター(NSSDC)から
• NASAスペースリンクから
• 土星での出来事 （TAMUから）
• 土星の環のシステム
• 1995年〜1996年の土星の環 の通過は、土星とその環についての多くの情報を含んでいます
• ボイジャーによる土星の科学的調査のまとめ
• カイン博士の講義録（土星のところまでめくってください）
• 土星の環の通過に関する情報 と ハッブル望遠鏡の画像
• 土星の環と衛星に関する歴史的背景（パサデナ・ジェット推進研究所から）
• 土星星系に関する命名表

未解決の問題

• 土星はどのようにして内部の熱を作り出しているのでしょうか？
• 環の「スポーク」は何なのでしょうか？
• 環の起源はなんでしょうか？　それが太陽系全体の起源について何を示してい るのでしょうか？ 土星の環は、他の惑星の環に比べて、なぜこのようにドラマチックなのでしょうか？
• すべてがうまく行けば、宇宙探査機 カッシーニ が1997年に打ち上げられ、2004年には土星の軌道に入ります。土星とその衛星の広 範囲な調査に加え、カッシーニは（ヨーロッパ宇宙機関が製作した、ホイヘンスと 呼ばれる）プローブ（探触子）を ティタンの表面に向けて落下させるでしょう。

高速旅行はティタンへ