土星の環があと1億年足らずで消失することが判明! 原因は「環の雨」

space 2018/12/20

Point
■土星の環が1億年以内に消失する可能性
■環を構成する氷の細かな粒が紫外線などで帯電し、土星の重力によって電離層に引き込まれ、雨のように地上に降り注ぐ
■太陽光がよく当たる地点では降雨量が多いことから、土星の季節によって環が太陽に晒される角度が変われば、降雨量も変動する可能性

太陽系の惑星の中でも特に目を引く土星の環。この環が急速に消えつつあることが判明しました。

これは、環を構成する氷の粒が土星の重力で地面に引き込まれ、雨のように降るためです。どのくらいの量が降るのかというと、なんと30分間で50メートルプールをいっぱいにするほど。とてつもない量です。

そして、この雨が降り続けると、なんと1億年以内に土星の環はすっかり姿を消してしまうそうです。遠い未来の話だと考える人もいるかもしれませんが、土星が40億年以上前に誕生したことを考えれば、「ちょっと先」の話です。

11月6日、NASAの衛星の完成・通信を司るゴダード宇宙飛行センターのジェームズ・オドノヒュー氏らは雑誌「Icarus」に、土星に降り注ぐ「環の雨 (ring rain)」に関する論文を発表しました。

Observations of the chemical and thermal response of ‘ring rain’ on Saturn’s ionosphere
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0019103518302999?via%3Dihub

土星の環のほとんどは氷の粒

「環の雨」の存在は、土星の電離層の変動、土星の輪の密度、土星の北半球中緯度付近を取り囲む3本の細い帯を調査していたNASAの無人宇宙探査機ボイジャー1号・2号の観測データから明らかになりました。

土星の環は、土星が誕生した後に発生したという説が有力です。現在私たちが土星の環を目にできるのは、たまたまこの時代に生きているからなのです。それでは、土星の環はどのようにしてできたのでしょうか。

土星の環は、土星を周回していた小さな凍った衛星同士が、近くを通る小惑星や彗星の重力の影響でその軌道を乱され、互いに衝突した時に形成された可能性が高いと考えられています。

環のほとんどは、微細な粒から数メートルほどの岩の塊ほどのサイズの氷でできています。大小さまざまの氷の粒が、これらを地面に引っ張ろうとする土星の引力と、宇宙空間に飛び出そうとする軌道速度の間の均衡が保たれることで、環が生まれるのです。

太陽光が当たる場所に大量の雨が…

また、このような細かな粒子は、太陽からの紫外線や流星塵の爆撃で吐き出されたプラズマ雲によって電荷を帯電することがあります。帯電した粒子は、土星の磁場に引っ張られ、環の中心へ向かって弧を描きながら落ちて行き、土星の高層大気に引き込まれます。

すると氷の粒子は気化し、高層大気中にある電離層と化学反応を起こし、3つの陽子と2つの電子から成る「H3+イオン」に変化。そして太陽光によって帯電した「H3+イオン」は、赤外線を放射します。

オドノヒュー氏らは、土星の北半球と南半球の、環の平面と交わる磁力線が土星とぶつかる地点に、放射の強い帯があることを発見しました。そして「環の雨」の量と、それが土星の電離層に与える効果を調べるため、太陽光を分析したところ、太陽光がもっともよく当たる南のある領域で雨が大量に降ることが判明したのです。

さらにオドノヒュー氏らは、南半球の高緯度の地点でも放射の強い帯を発見。これは、土星の磁場が衛星のエンケラドゥスの軌道と交わる場所でした。エンケラドゥスは氷の間欠泉を宇宙空間に向けて噴出しており、これらの粒子も土星に降り注がれている可能性があります。

オドノヒュー氏らは今後、土星の季節の移り変わりに応じて「環の雨」がどのように変化するかを調べたいと考えています。29年以上を掛けて太陽の周りを一周する間に、土星の環はさまざまな角度で太陽に晒されます。太陽から発される紫外線によって氷の粒子が変化し、土星の磁場に反応するようになることから、太陽光への晒され方が変われば、降雨量も変動するはずです。

 

美しい土星の環を見ることができる私たちは、どうやらとても幸運のようです。星の環といえば土星のイメージがありますが、もしかしたら、現在は小さな環しかない木星や天王星にも、かつて土星のように立派な環があったのかもしれませんね。

 

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referenced: phys.org / written by まりえってぃ / edited by Nazology staff

 

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