■土星と環との「共鳴」から自転の周期を計算、最新研究

土星を取り巻く繊細な環。美しいのはもちろんだが、魅力はそれだけではない。信じられないような科学的な事実も打ち明けてくれるのだ。

　このほど天体物理学の学術誌「The Astrophysical Journal」に、環に生じる波を利用して、土星の1日の長さを解明した論文が発表された。論文によると、土星の1日は10時間33分38秒であるという。科学者たちはこれまで、土星の1日の長さがわからないことを何十年も歯がゆく思っていた。

　これは重要な発見だ。「太陽系のどの惑星についても、1日の長さは根本となる特性ですから」と、NASAの土星探査機カッシーニのミッションに参加していた米アイオワ大学の物理学者ビル・カース氏は言う。惑星の1日の長さを知ることは、その重力場や内部構造を解釈するのに役立つ。

「自転の測定が困難な惑星は土星だけです」と言うのは、SETI研究所の上級研究員マシュー・ティスカレーノ氏だ。地球のような岩石惑星なら、表面の特徴を追跡すれば自転速度がわかる。また、木星、天王星、海王星はガス惑星だが、自転軸に対して傾いた磁場を持ち、自転とともにそれがふらつくため、それを利用して自転速度を計算できる。

　対して、土星は非協力的だ。まず、土星はガス惑星なので、追跡できるような表面の特徴はない。また、複数の観測により、土星の磁軸は回転軸とほぼ完全に一致していて、自転による磁場の変化が検出不可能なほど小さいことが確認されている。


土星を取り巻く環はどのようにして形成されたのだろうか？　土星の衛星は何個あるのだろうか？　かつてクリスチャン・ホイヘンスやジョヴァンニ・カッシーニも観察した巨大なガス惑星のすばらしい画像の数々を紹介する。（解説は英語です）

■太陽系のドラムセット

　この難問を解く方法はなかなか見つからなかったが、米カリフォルニア大学サンタクルーズ校で天文学と天体物理学を学ぶ大学院生のクリストファー・マ◯コビッチ氏らの研究チームが名案を思いついた。

　氷と塵からできた土星の環は、静かな場所ではない。土星のまわりを回る衛星が近くを通り過ぎるときには、その引力により大小の波が立つ。環の波は、土星の深部にある物質が振動するときも生じる。質量の移動により、土星の重力場に変化が生じれば、環に及ぼす引力も変化するからだ。

　これは、ドラムセットのスネアドラムが、ほかの楽器に共鳴して音を立てる現象に少し似ている。

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ナショナルジオグラフィック日本版サイト
https://natgeo.nikkeibp.co.jp/atcl/news/19/012800062/

（ＣＮＮ） 土星を取り巻く大きな環は、あと１億年もたたないうちに消滅してしまうかもしれない――。米航空宇宙局（ＮＡＳＡ）の研究チームがこのほど、探査機「カッシーニ」の観測などをもとに、そんな説を発表した。

土星の環は主に水と氷でできている。ＮＡＳＡの観測によると、この環は土星の重力によって分解されつつあり、「環の雨」となって土星の表面に降り注いでいるという。

土星の環から降り注ぐ雨は、オリンピック用のプールが３０分でいっぱいになるほどの量に相当すると研究チームは推測。それだけでもあと３億年で環が消滅する計算だが、それに加えてカッシーニが環から土星の赤道に降り注ぐ物質を測定した結果・・・

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■NASAの探査機カッシーニ最後の偉業、土星と環の関係に新たなシナリオ

土星には雨が降っている。1秒間に重さ数千キロにもおよぶ氷や有機分子が、環から土星の大気中へと降り注いでいる。

　土星とその環の間で起こる驚きの相互作用。科学者らがついにそれらを目撃できたのは、NASAの土星探査機カッシーニのおかげだ。2017年末に土星に突入してミッションを終えたカッシーニは、最後の数週間に土星とその環の間を22回くぐり抜け、環から降ってくる雨を採集した。

　土星の環から降る雨の観測は、技術的な偉業というだけではない。雨の組成や降雨ペースを知ることは、土星の歴史を解き明かす上でも非常に重要だ。土星の環の起源や年代という古来の謎に、また一歩近づいたことも意味する。

「私たちはたまたま土星が壮大な環をもっている時期に居合わせたのではないしょうか？」と、米コロラド大学ボールダー校のショーン・スー氏は言う。「環が最近形成されたものだとしたら、非常に面白いことになります。ほかの氷の衛星とも関係してきます」

■やまない雨

　土星の環から物質が降ってくること自体はまったく意外ではない。理論的にも観測上でも、数十年前からこのことを示唆していた。しかし、土星とその周囲をまわる星々（土星系）の中で物質がどのように移動するのか、そのうちのどれくらいの部分が土星に降り注ぐのかはわかっていなかった。

　2018年10月5日付けの学術誌「サイエンス」に土星の環から降る雨について3本の論文が掲載された。論文のもとになったデータはいずれも、カッシーニが最後の日々に行った「グランドフィナーレ」という観測プログラムから得られたものだ。

　カッシーニが土星と環の間を通り抜けるときの速度は時速約11万キロにもなった。これは、カッシーニに搭載された各種の観測機器が想定する速度をはるかに上回っていたため、データの解釈は困難をきわめた。

　NASAのジャック・コナニー氏は、「科学者たちは奮闘の末、非常に巧妙なやり方で、観測データが語っていることを解き明かしました」と言う。「観測装置の想定や科学者たちの経験の範囲をはるかに超えた作業でした」

　カッシーニは、土星と環の間をくぐり抜けて土星の重力や磁場、環の質量などを測定しながら、環から降ってくる数多くの破片を採集した。それぞれ異なる成分を調べられる3種類の観測機器が、速やかに粒子の分析に取りかかった。こうして得られた結果の中には、科学者たちの予想と異なるものもあった。

まず、土星上空で、それまで知られていなかった粒子の層を見つけた。ナノサイズのふわふわした粒子は、土星の大気中の分子と衝突し、だんだん下に落ちてゆき、土星の赤道沿いに降り注ぐ。「これらの粒子はグランドフィナーレ以前にはまったく知られていませんでした」とスー氏は言う。

　環から降る雨からは、メタン、ブタン、プロパンなどの有機物や、ケイ酸塩を豊富に含む粒子も見つかった。大きな電荷を持つ粒子は、土星の磁力線に沿って、主に南半球に落下した。それ以外の粒子は赤道沿いに落下する傾向があった。

　土星の環の95～99％は氷でできているが、環から降る雨には科学者たちが予想していたほど多くの氷は含まれていなかった。氷が少ないことについて、NASAのエイムズ研究センターのジェフ・カジー氏は、あるシナリオによって説明できると言う。土星の最も内側の環であるD環の内部に従来検出されていなかった放射帯があり、これが氷の塊から水を剥ぎ取っているとするシナリオだ。

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ナショナルジオグラフィック日本版サイト https://natgeo.nikkeibp.co.jp/atcl/news/16/b/100500238/

（ＣＮＮ） 米航空宇宙局（ＮＡＳＡ）の土星探査機「カッシーニ」が２０年に及んだミッションを終え、土星の大気に突入して燃え尽きてから１年あまり。「死のダイブ」直前に同機のセンサーがとらえたデータをもとに、ＮＡＳＡの研究者らが土星の環や大気を分析した結果が、４日の米科学誌サイエンスに発表された。

カッシーニのデータは全てＮＡＳＡに送信され、研究者が１年以上かけて解析に当たってきた。今回の観測では、土星と土星の環の間を流れる電流のような形で、放射線帯が閉じ込められていることが判明。カッシーニは磁気圏を突き抜ける際に、土星から放出された放射線をとらえていた。放射線についての理解が進めば、太陽系外惑星探査の手がかりになると専門家は解説する。

土星の大気に突入したカッシーニは、大気中の成分を採集して構成を分析した。これはＮＡＳＡの探査機「ボイジャー」が１９８０年代初めに観測した「環の雨」と呼ばれる現象の解明が目的だった。

研究チームによると、カッシーニの「鼻」に当たる分光計は、土星に最も近い環と土星の間にある未知の領域を探し当てた。この環は土星の上層大気がほぼ届く距離にある。

この観測によって、土星の環から上層大気にさまざまな化学物質が降り注いでいることが判明。環は水とメタン、アンモニア、一酸化炭素、窒素分子、二酸化炭素でできていることが分かった。

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https://www.cnn.co.jp/storage/2018/10/05/fda7dc728435fafd2cf8cb16e468583d/t/768/432/d/cassini-saturn-plunge-super-169.jpg

ＣＮＮ
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