サイエンスタイムマシン |天王星はどのようにして発見されたのでしょうか?

天王星は人類史上初めて望遠鏡で観測された惑星です。この発見は、「恒星天文学の創始者」として知られる英国の優れた天文学者、フリードリヒ・ウィリアム・ハーシェルによるものです。 1781 年 3 月 13 日、ハーシェルは自宅の中庭で望遠鏡を使って天体観測を行っていたところ、偶然、謎の天体である天王星の画像を撮影しました。

その夜、ハーシェルは空に現れたかつてないほど明るい光に魅了され、最初はそれが新しく発見された彗星ではないかと推測した。しかし、その後の観測が深まり、データが蓄積されるにつれて、ハーシェルは光点の軌道が既知の彗星の軌道とは大きく異なっていることを痛感しました。厳密な分析と比較の結果、ハーシェルは最終的に、この特異な光点は彗星ではなく、太陽系のまったく新しい惑星であると結論付けました。その惑星は天王星と名付けられました。

天動説から地動説へ

古代から、人類は宇宙の探究を決してやめませんでした。太陽系の探査を例にとると、人類は太古の昔から、水星、金星、火星、木星、土星などの主要な惑星の存在を認識していました。古代ギリシャの天文学者プトレマイオスの地動説では、太陽とこれら 5 つの惑星が地球の周りを回っていると提唱されました。 15 世紀までに、天文学者コペルニクスは、水星、金星、地球、火星、木星、土星が太陽の周りを回るという地動説を提唱しました。

18 世紀の太陽中心説の提唱から産業革命まで、天文学界は徐々に、太陽系には水星、金星、地球、火星、木星、土星の 6 つの惑星しかないというコンセンサスに達しました。しかし、天文学者たちは太陽系の他の惑星の探査をやめてはいない。

ハーシェル以前にも、科学者たちは天王星を観測していたが、誤って恒星だと考えていた。これらの科学者の認識と実際の状況の間には乖離があったものの、彼らの発見はハーシェルのその後の天王星探査の基礎となった。 1690年、天文学者フラムスティードは望遠鏡で天王星を観察しましたが、観察方法の限界により、天王星はおうし座の星であると誤って考えました。 1750年から1759年の間に、フランスの天文学者は天王星を少なくとも12回観測した。彼らはそれが太陽系の第7惑星であることは確認しなかったが、貴重な観測の手がかりと参考資料をハーシェルに提供した。

望遠鏡で発見された最初の惑星

フリードリヒ・ヴィルヘルム・ヘルシェルは 1738 年にドイツで生まれ、1758 年にイギリスに移住しました。音楽一家に生まれましたが、運命は彼に天文学のより明るい道を切り開きました。彼の父親は音楽の神秘に精通していただけでなく、星空への限りない愛情を抱く天文学ファンでもありました。ハーシェルは父親の影響を受けて、幼い頃から天文学に強い関心を抱いていました。夜空の星座は彼にとって古くからの友人と同じくらい馴染み深いものだった。

音楽理論を勉強していたとき、ハーシェルは偶然「光学」という科学書に出会いました。この古典的な著作は、望遠鏡や顕微鏡の製造原理を詳しく説明するだけでなく、「望遠鏡による星の発見」について具体的に論じた章も含んでいます。これらの内容は、ハーシェルにとって宇宙の謎を探求するための扉を開く鍵のようなもので、天体を観察し研究したいという彼の強い願望を刺激しました。

太古の昔から、人類は宇宙に対する好奇心と探究心をやめたことがなく、ハーシェルも例外ではありません。 1773年、彼は『アイザック・ニュートンの『プリンキピア』の天文学的解説』という本を読み、そこに記された遠くの神秘的な天体に憧れを抱いた。彼はその本に記された天体を自分の目で見るために、独自の天体観測を始めました。最初、彼は屈折望遠鏡を使用しましたが、その効果は理想的ではありませんでした。宇宙を探査するためのより適切な道具を見つけるために、彼は反射望遠鏡を試してみることにしました。

1774年から1787年まで、ハーシェルは独自の望遠鏡を作ろうと試み続けました。彼は徐々に放物面反射鏡の研磨技術を習得し、いくつかの反射望遠鏡の設置に成功しました。集光効率を高め、屈折光の損失を減らすために、彼は「ハーシェル望遠鏡」として知られる独自の光学系を設計しました。彼はこの自作の道具を使って、初めてオリオン星雲の観測に成功し、土星の環をはっきりと特定した。それ以来、彼は夜間に精力的に天体観測を行っただけでなく、日中は望遠鏡の鏡を研磨することに専念することが多かった。

1781年3月13日の夜、ハーシェルはいつものように15cmの反射望遠鏡で広大な星空を見上げていた。ふたご座の方へ視線を向けると、奇妙で​​明るい星が彼の注意を引いた。彼はすべての星図を調べたが、この星の痕跡を全く見つけられなかった。そこで彼は、倍率の高い接眼レンズ、400倍以上、900倍以上のものに変えました。注意深く観察した結果、彼はこれが普通の星ではないと確信しました。望遠鏡の倍率がどれだけ上がっても、星の青緑色の輪郭は以前と同じように鮮明なままです。天文学者のハーシェルは慎重を期して、この発見を急いで発表せず、その代わりに連続10夜にわたってこの謎の小さな惑星を注意深く監視し続けた。次第に彼は、地球がほとんど感知できないほどの速度で毎日ゆっくりと動いていることに気づいた。

ハーシェルは、辛抱強く観察を続けた後、収集したデータを使って惑星の軌道を慎重に計算し、その軌道がほぼ完全な円で、太陽からの距離が土星の2倍であることを発見しました。その時、彼はまったく新しい惑星を発見したかもしれないことに気づいた。観測データが蓄積されるにつれ、天文学界はついにこの驚くべき発見を確認した。太陽系には確かに新しい惑星があり、その太陽からの距離は、当時知られていた最も遠い惑星である土星の2倍である。

ハーシェルが新しい惑星を発見したというニュースはすぐにセンセーションを巻き起こした。この偉大な発見を記念して、この新しい惑星はギリシャ神話の土星の父神の名前に由来する「天王星」と名付けられました。

天王星の形成と進化

天王星の形成の歴史は、約46億年前の太陽系の初期にまで遡ることができます。当時、巨大なガスと塵の雲が重力の影響で崩壊し始め、最終的に原始の太陽が形成されました。このプロセスが進むにつれて、残りの物質は太陽の周りを回転しながら徐々に蓄積され、その一部は天王星に凝縮された可能性があります。

天王星の形成段階では、極端な温度と圧力によって惑星内部で複雑な化学反応が引き起こされ、主に水素、ヘリウム、メタンなどの高密度のガスが生成され、それが天王星の大気を構成しています。天王星の大気の独特な青色は、メタンガスが太陽光を吸収し散乱する特殊な効果によるものです。

天王星は複雑な内部構造を持ち、水、アンモニア、メタンなどの化合物を含む可能性のある厚い氷の層に囲まれた岩石の核を持っていると推測されています。さらに、天王星の磁場は極めて特殊で、磁極と自転軸の傾斜角が90度を超えており、ほぼ「横たわっている」状態を呈しています。

天王星は長い進化の過程で、多くの大きな出来事を経験してきました。大きな天体が衝突した可能性があり、これらの衝突は、その自転軸の傾きと磁場の形状に大きな影響を与えました。同時に、天王星の大気も大きな変化を遂げ、複雑な雲と嵐のシステムを形成しました。これらの中で最も注目すべきは、数十年にわたって存在している直径 25,000 キロメートルの巨大な嵐「大青斑」です。

参照元: China.com、Science China、CCTV.com