この最も「平らな」惑星では、夏は42年続く

レビュアー: 趙良宇

北京理工大学航空宇宙学部飛行制御学科准教授

広大な宇宙は常に人間の好奇心と探検への欲求を惹きつけます。その遠い惑星に生命は存在するのでしょうか？天体はどのように形成され、進化するのでしょうか?今回は、太陽系に足を踏み入れて、惑星の不思議な光景を見てみましょう。私たちのよく知る地球以外に、他の惑星についてどれくらい知っていますか?

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惑星の分類

宇宙には流星や彗星、惑星など無数の星屑が散らばっていますが、どれを惑星と呼べるのでしょうか？国際天文学界の基準によれば、惑星は3つの条件を満たす必要がある。それは、自身の重力によってほぼ球形の外観を呈するのに十分な大きさであること。それは恒星の周りを回らなければならない。そして、その軌道上またはその近くにはより大きな天体が存在しないはずです。この定義によれば、太陽系には水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星の 8 つの惑星が発見されました。

太陽系の8つの惑星を比例して表示

出典: Wikipedia

惑星は太陽からの距離が異なるため、形成される方法も異なり、惑星は 2 つの主要なカテゴリに分けられます。 1 つのタイプは固体惑星で、その中心核は固体の塵粒子が結合して構成され、主にシリコン、鉄、マグネシウムなどの元素が含まれています。コアは溶融と凝縮のプロセスを経ています。水星、金星、地球、火星がこのカテゴリに属し、地球型惑星とも呼ばれます。サイズが小さく、密度が高く、ゆっくりと回転し、衛星の数も少ない。

もうひとつのタイプはガス惑星で、その中心核は元素粒子とガスの混合物で形成されます。木星、土星、天王星、海王星はすべてガス惑星であり、木星型惑星としても知られています。これらの惑星はサイズが大きく、密度が低く、自転速度が速く、衛星が多くあります。

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異なる性格を持つ惑星-水星 - 水のない惑星

水星には多くの「最高」点があります。太陽に最も近く、直径と体積が最も小さく、質量が最も軽く、公転速度が最も速いのです。太陽系で最も小さい惑星ですが、密度は地球に次いで2番目に大きいです。水星の外観は月と非常に似ており、その表面は彗星や流星の衝突によってできたクレーターで覆われています。水星と金星は太陽系の中で衛星を持たない唯一の惑星です。

出典: Wikipedia

水星の名前には「水」が含まれていますが、水星には水はありません。非常に軽く、重力も弱いため、周囲の大気をしっかりと吸収することができず、水蒸気を含まず、水が形成されるための前提条件を備えていません。また、太陽に近すぎるため、太陽に面した側の温度は約430℃に達します。高温下では表面に水があっても蒸発してしまいます。水星は大気が薄いため、昼間は急速に温まり、夜間は急速に冷えるため、昼と夜の温度差は約600℃となり、これは太陽系で最も劇的な温度変化です。

金星 - 夜空で最も明るい星

月の横に非常に明るい星が見えたら、それは「月を伴った金星」という天文学的な美しさを目にしている可能性が高く、この星は金星です。金星は太陽と月を除けば肉眼で見える最も明るい星です。古くは「太白星」と呼ばれていました。

出典: Wikipedia

金星は地球の「良き兄弟」です。地球に最も近い惑星であり、半径は地球よりわずか300キロメートルほど小さいですが、質量は地球の0.8倍、密度は地球より5%低いのです。両者は内部構造や大気の組成も似ています。おそらくこうした表面の類似性のため、金星は太陽系で人類が探査した最初の惑星となった。

しかし、探査機は地球とは全く異なる金星の側面を明らかにした。太陽は東から西へ自転しており、惑星の中では「異例」で、自転周期は地球の約 243 日であるため、日の出は約 200 日に 1 回しか見ることができません。金星の公転周期は地球の225日です。つまり、金星の1日は1年よりも長いのです。

金星の大気は厚さ数千メートルあり、その主成分は二酸化炭素（97%）であるため、金星の温室効果は特に顕著です。平均表面温度は約480℃で、太陽系で最も高温の惑星となっています。一部の科学者は、金星にはかつて大量の水があったが、高温による蒸発で水は消滅したと考えている。金星には大きな火山も多く、表面の大部分は溶岩流で覆われています。

金星の火山の起源に関するコンピューターシミュレーション |ウィキペディア

探査機は「磁場の再結合」という現象も観測した。太陽風（太陽の上層大気から噴出される超音速プラズマ荷電粒子流）が金星の磁気圏に入ると、電磁場が変化し、磁場は瞬間的な切断とその後の再結合のプロセスを経験しました。磁場の保護がなくなったため、金星の水分を含む大気はさらに逃げてしまいました。

太陽風に抵抗する惑星の磁場の模式図 出典: インターネット

火星 – 赤い惑星

火星は地球に2番目に近い惑星です。 2つの惑星の自転周期と軸の傾斜は非常に似ています。そのため、人類は火星に大きな期待を寄せており、そこに生命の証拠が見つかることを期待しています。

火星探査車 出典: NASA

その名前が示すように、火星は激しい火を持っているように見え、赤い火の玉になっています。赤い光はどうやって形成されるのでしょうか?火星探査車が持ち帰った物質を分析した結果、科学者らは火星表面の岩石は風化によって容易に分解され、含まれる鉄が空気にさらされて酸化され、赤褐色の酸化鉄になることを発見した。風の影響で、火星の砂や塵はあらゆる場所に飛び散り、惑星全体を覆う砂嵐にまで発展しました。風が弱まると、これらの酸化鉄を含む塵粒子が火星の表面に堆積します。太陽光の下では赤く見えるため、火星は赤く輝いて見えます。

出典: Wikipedia

火星には峡谷や山々など複雑で多様な地形があります。最大の山はオリンポス山と呼ばれ、エベレストの3倍の高さがあります。科学者たちは火星に隠された水源を積極的に探している。火星にはかつて海や湖があったと信じる人もいますが、後に水は消え、火星は現在のような乾燥した荒涼とした状態になりました。

火星で古代の湖が発見される（左）出典：NASA

木星 - 惑星の中のビッグボス

木星を一言で表すとしたら、それは「大きい」です！直径は最大で、地球の約11倍です。最大の体積は地球1,300個分以上に相当します。そして最大質量は、太陽系の他の惑星の質量の合計の2.5倍です。木星は太陽系で最も強力な惑星磁気圏も持ち、木星から140万～700万キロメートルの範囲内で影響を受ける。そのため、木星は太陽系の「惑星の王」と呼ばれています。

太陽、木星、地球の大きさの比較

出典: NASA

木星の大きな質量は強い重力をもたらし、多くの衛星を引き寄せています。人類はこれまでに79個の衛星を発見した。 1610年早くもガリレオは木星の4つの衛星、イオ、エウロパ、ガニメデ、カリストを発見しました。これら 4 つの衛星も「大きな衛星」であり、最大の衛星であるガニメデは水星よりも大きい。

左から右へ：イオからカリストまで

出典: NASA

木星の外観も同様に目を引くもので、油絵のようにその表面を色とりどりの縞模様の円が取り囲んでいます。この縞模様は何ですか？答えはクラウドです。木星は太陽系内で最大の惑星大気を持つガス惑星です。異なる緯度の雲が相互に作用して循環を形成し、それが渦、嵐、雷を引き起こします。木星の大気中の風向は木星の赤道と平行であり、赤道と平行な12本の帯状の雲を形成しているのではないかと推測されています。雲には多量のアンモニアが含まれており、気温や高度の違いにより、赤、茶色、黄色、白などの色に見えます。

出典: Wikipedia

木星には注目すべき特徴である大赤斑もあります。大赤斑は木星の南半球にあります。これは、主にアンモニアとメタンで構成されるガスの激しい上昇気流であり、反時計回りに回転します。東西の長さは約4万キロメートル、南北の幅は約1万3000キロメートルで、地球よりもはるかに大きい。

土星 - 美しい環

リングはガス惑星に共通する特徴です。土星の環は最も大きく、最も壮観です。環の直径は土星の300倍、幅は約1190万キロメートル、内縁は土星の表面から約595万キロメートル離れている。

土星は麦わら帽子をかぶっているように見えるため、「麦わらの惑星」とも呼ばれています。

出典: Wikipedia

ハローはどのように形成されるのでしょうか?天文学者たちは、ハローが主に彗星、小惑星、砕けた氷、少量の岩石、塵、粒子で構成されていることを発見した。砕けた氷は「氷殻衛星」から来たものと思われる。土星に衝突した後、重力の影響で外側の氷の塊がリングを形成し、土星の周りを動き回りました。リングを構成する塵は非常に低温（約-193℃）ですが、熱放射を発しており、この熱放射によってリングが発見されるのです。

ハローを構成する材料

出典: ineplanets.org

太陽系の中で、土星は82個と最も多くの衛星を持ち、 「衛星の王様」とも呼ばれています。最初に発見された衛星はタイタンで、土星の最大の衛星であり、太陽系ではガニメデに次いで2番目に大きい衛星です。タイタンは月よりも約50%大きく、質量は月の1.8倍です。タイタンの地殻の下には海があります。この海には微生物の生存に適した環境が存在する可能性があるため、人類は今後タイタンについて詳細な調査を行う予定。

タイタン（左下）と月と地球の比較

出典: NASA

天王星と海王星 - ブルーシスターズ

天王星と海王星は表面温度が極めて低いため「氷の巨星」と呼ばれ、大気の組成に関係して両方とも青色をしています。水素とヘリウムに加えて、大気中にはメタンとアンモニアも含まれています。メタンは太陽光の赤色スペクトルの一部を吸収し、青緑色を反射します。

天王星

出典: NASA

ネプチューン

出典: Wikipedia

天王星は太陽から最も遠い惑星ではありませんが、平均表面温度がわずか -220°C と最も寒い惑星です。金星と同様に、天王星も東から西へ回転します。天王星は太陽系の中で最も「平らに横たわっている」惑星です。黄道面と赤道面のなす角度である黄道傾斜角が約98°なので、ほぼ横向きで周回します。そのため、太陽光線はほぼ直角に南極に当たり、太陽が南極の真上にあるときは南半球は夏となり、常に昼間となります。公転周期は84年なので、季節は42年ごとに変わります。

天王星の自転軸は黄道面とほぼ平行である

出典: ineplanets.org

海王星は太陽から最も遠い惑星であり、数学的予測によって発見された唯一の惑星です。海王星の公転周期は最も長く、約165年です。海王星は、太陽系内で極めて活発で嵐の多い天候と最速の風を持ちます。

さて、今日の「星を追う旅」はここで終わりますが、私たちの宇宙探査はこれで終わりではありません。皆さんが星の秘密をさらに発見してくれることを楽しみにしています。