土星の環は暗くなってきている？心配しないでください、まだあります。

著者: 曽衡段月初

広大な宇宙の舞台において、土星の環は間違いなく最も目を引く天体風景の一つです。それらは宇宙が丹念に作り上げた輝かしい装飾品のようで、土星を取り囲み、神秘的で魅力的な雰囲気を醸し出しています。しかし、この壮大な光輪が時々私たちの視界から静かに消えてしまうことをご存知でしたか?

2025年1月23日には、土星の環は地球から見るとほぼ真横から見え、ほとんど見えなくなります。最近、南西の空で輝く金星の近くにある土星を眺めていたとき、土星について少し奇妙なことに気づきました。金星は非常に明るいため、飛行機やUFOと間違われることが多いですが、これに近づく天体はどれも金星と比べると暗く見えます。一方、土星はこの時期特に暗く見えます。これは、土星が太陽のほぼ反対側にあり、地球から最も遠いため、通常よりもわずかに暗くなるからというだけでなく、より重要なのは、土星のまばゆいばかりの環が私たちの視界から消えつつあることです。通常、幅広のリングは今では異常に細く見え、まるで地球を横切る線のようです。土星の輝きを増す無数の光を反射する氷の粒子がなければ、土星​​の明るさは半分以下に見える。

でも心配しないでください。土星の壮大な環はまだ残っています。これらがほとんど見えないのには 2 つの理由があります。まず、リングが信じられないほど平らだからです。 2 つ目は、私たちの視野角が土星と地球のそれぞれの軌道運動の影響を受けることです。土星の環は、惑星の最も印象的な特徴であるだけでなく、太陽系全体で最も壮観な構造であるとも言えます。主なリングの直径は約 280,000 キロメートルで、地球と月の間に配置した場合、その距離の 3 分の 2 以上をカバーすることになります。土星の環は巨大であるにもかかわらず、地球から10億キロメートル以上離れているため、肉眼ではほとんど見えません。しかし、人類が望遠鏡で空を観察し始めると、リングは発見されましたが、その真の構造は当時は謎のままでした。

17 世紀初頭、ガリレオは原始的な望遠鏡で土星の環を観察しましたが、解像度が不十分だったため、環の本当の形を見ることができず、それを土星の「耳」と呼びました。数十年後、オランダの天文学者クリスティアーン・ホイヘンスは、その著書『土星系』の中で、土星が「どこにも接していない」環に囲まれていることに気づいた。現代の技術文明の基盤となる電磁気学の方程式を解明した有名な物理学者ジェームズ・クラーク・マクスウェルは、このようなリングは固体ではあり得ず、そうでなければ破れてしまうことを初めて証明した人物である。リングの内側の縁は外側の縁よりもはるかに速く土星を周回しており、土星を粉砕してしまうだろう。このことから、土星の環は地球上のどの望遠鏡でも見ることができないほど小さな物質の破片でできていることがわかります。最近の観測では、これらの斑点はほぼ純粋な水の氷であることが示されており、氷は太陽光の優れた反射体であるため、非常に明るいのです。現代の研究によれば、これらの破片のほとんどは平均的な自動車よりも小さく、その数は数千兆個にも上る可能性があるという。

ハローの形成に関しては、土星の氷の衛星の 1 つが、別の衛星である可能性もある接近する物体によって激しく衝突されたときに形成された可能性があると一般的に考えられています。興味深いことに、この出来事がいつ起こったのかは不明です。 2023年に学術誌「イカロス」に発表された研究では、もともと輝いていたハロー上の暗い微小隕石の塵の蓄積率を観察することで、宇宙の観点から見ると、ハローは非常に若く、わずか1億年から4億年しか経っていないことが判明しました。しかし、2024年末にネイチャー・ジオサイエンス誌に掲載された研究によると、この塵の「汚染」の速度はこれまで考えられていたほど速くないことが判明した。高速の微小隕石の衝突により、リングの粒子がイオン化されて電荷を帯び、土星の強力な磁場の影響を受けやすくなり、その結果、物質が引き寄せられてリングが暗くなる速度が遅くなるため、リングはおそらくかなり古いものになると考えられる。

発見されてから何世紀も経った今でも、指輪には多くの謎が残っています。しかし、最初の衝突後にそれらがどのようにして形成されたかについては比較的明確な考えがあり、それがそれらがなぜ非常に平らであるかを説明していますが、それらの年齢は謎のままです。土星の衛星とその衝突体の軌道運動により、破片は当初長い流れを形成し、その大部分は衛星の軌道運動の方向に沿って分布していた可能性がある。土星の他の衛星は土星の赤道上を周回しているので、この衛星の物質は最終的に同様の構造を形成する可能性があります。さらに、土星は完全な球体ではなく、10.5時間の高速自転により赤道部分が膨らんでいるため、惑星の中心部が厚くなり、破片が赤道のすぐ上の軌道にねじれ、リングを形成した衝突によって平らな円盤が形成されたと考えられます。

ここで言う平坦さは想像を超えるほどの平坦さです。リングの直径は数十万キロメートルですが、非常に薄く、垂直方向には最大で 1 キロメートルしかありません。場所によっては、光輪の高さがわずか 10 メートルで、3 階建ての建物の高さに相当します。リングと土星そのものは巨大な大きさですが、もしリングと土星自体を標準的な紙の長さである直径 28 センチメートル (11 インチ) に縮小すると、リングは紙の 100 分の 1 の厚さになります。最後に、土星の大きな衛星との重力相互作用により、これらのリング粒子はわずかに異なる軌道に押し出されます。時間が経つにつれて、間に隙間がある何千もの個別のリングが形成されました。そのため、リングは上から見ると見事なのですが、非常に薄く、横から見ると見つけるのは非常に困難です。

これが今私たちが置かれている状況です。地球と同様に、土星の自転軸は、すべての主要な惑星が公転する黄道面から 26 度以上も大きく傾いています (地球の傾きは 23 度です)。これは、土星の北半球の夏の間、土星の北極が太陽の方向に傾いていることを意味します。土星よりも太陽に近い地球からは、リングを「下から」見ることができ、リング全体を見ることができます。土星の公転周期は約 30 年なので、土星の 1 年のうちのほとんどの期間、リングをはっきりと見ることができます。しかし、土星の春分と秋分の間、地球から見るとリングは真横にかなり近く見え、太陽から見ると実際に完全に真横に見えます。しかし、土星の太陽の周りの軌道は地球の軌道に対してわずかに傾いているため、土星の春分と秋分に地球もリングの平面を通過するときにのみ、リングが真横から見えるようになります。これは春分点付近で 2 回発生する可能性があり、地球は最初に平面を「上昇」し、その後約 6 か月後に「下降」するため、事実上、土星の環は私たちの視界から消えてしまいます。

2025年5月は土星の秋分の日となります。 3月23日、地球はリングの面を通過し、その時点でリングは消失の頂点に達し、その後ゆっくりと私たちの視界に再び戻ってきます。しかし、3 月のその日、土星は空で太陽からわずか 10 度しか離れていなかったため、観測が非常に困難で、タイミングが非常に悪かったことに注意する必要があります。土星は11月中旬に再び地球の軌道面を横切りますが、その頃には土星の軸の傾きによりリングは地球から見るとわずかに傾いているため、リングは真横からしか見えません。良いニュースとしては、11月の日没後に土星が南の空で簡単に見え、望遠鏡でその環がかろうじて見えることです。お近くに観測活動をしている天文台や天文学会があるかどうか確認してみましょう！

参考文献:

Plait, P.（2025年1月23日）。土星の環は消えつつあるが、それはサイエンティフィック・アメリカン