木星（惑星）：特性、構成、軌道、運動、構造 - アルテ - 2025

木星は太陽系で最大の惑星であり、年間を通じて夜空で最も明るい惑星の1つです。そのため、ローマ神話の王にちなんで名付けられました。ローマ神話では、ジュピター神が最大の神であり、ギリシャ神話のゼウス神に相当します。

木星は太陽を基準にした軌道を観測し、太陽系の5番目の惑星であり、少なくとも79の自然衛星を持っています。その直径は地球の直径の11倍であり、太陽に次いで、太陽系で最大かつ最も重い物体です。

図1.ハッブル宇宙望遠鏡が撮影した木星の画像。特徴的なバンド、大きな赤い点、木星のオーロラが観察できます。（出典：NASA、ESA）。

人類は古くから木星を見てきましたが、ガリレオガリレイは望遠鏡で惑星を観測し、1610年に4つの主要な衛星を発見した最初の人でした。

ガリレオは、木星の特徴的なバンドと、イオ、エウロパ、ガニメデ、カリストという名前の4つのガリレオ衛星を観察しました。ガリレオの発見は、私たちの惑星ではない別の星の周りを回転する天体が観測されたのが初めてだったので、宇宙における地球と人類の場所についての概念を完全に変えました。

ガリレオが木星の衛星と呼んだように、彼の観察は彼の時代のいくつかの革命的なアイデアをサポートしました。

ジュピターの一般的な特徴

図2.木星と比較して、地球は大赤斑に緩く収まっています。（出典：NASA / JPL-CALTECH）

サイズと質量

木星は太陽に対する軌道半径を考慮した5番目の惑星で、4番目の惑星は火星ですが、それらの間に境界線、小惑星帯があります。

小惑星帯の軌道よりも小さい軌道を持つ惑星は岩が多いですが、大きい軌道を持つ惑星はガスまたは氷の巨人です。木星はそれらの最初であり、最大の体積と質量を持つものでもあります。

木星の質量は、地球の質量の300に相当し、太陽系の残りの惑星の質量の合計の2倍の大きさです。体積は地球1300個分です。

動き

木星はそれ自身の軸の周りを非常に速く回転するので、9時間50分で1回転します。これは地球の自転の速度の2.4倍で、太陽系の惑星はそれを超えません。

その軌道周期、つまり太陽の周りで完全な革命を起こすのにかかる時間は12年です。

観察

太陽から地球の5倍の距離にありますが、その大きなサイズと特徴的な雲は、太陽光をその表面に完全に反射させます。そのため、夜空で最も明るい星の1つです。

望遠鏡で観測すると、最も高い雲だけが確認され、いくつかの静止領域と他の領域が動いていて、赤道線に沿って帯状のパターンを形成しています。

最も暗いバンドはベルトと呼ばれ、明るいエリアです。それらは比較的安定していますが、形状と色が徐々に変化し、惑星を反対方向に回っています。

白い雲は、上昇気流が冷えてアンモニウム結晶を形成した結果です。次に、これらの電流は横方向に曲がり、暗い帯で再び下降します。

赤みを帯びた、黄色と茶色の色

木星に見られる赤、黄色、茶色の色の多様性は、木星雲に存在するさまざまな分子の結果です。バンドとベルトの間に、巨大な嵐と渦が形成され、ポイントまたはスポットとして見ることができます。

これらの嵐は実質的に永続的であり、その中でグレートレッドスポットが目立ちます。これは、17世紀にアイザックニュートンの著名な現代物理学者でライバルであるロバートフックによって最初に観察されました。

グレートレッドスポットは少なくとも300年前のものですが、観測結果から、地球よりも大きな巨大なサイズがここ数十年で減少していることがわかります。

木星の雰囲気はかなり濃い。その深さは正確にはわかりませんが、数百キロと推定されています。

組成

大気の化学組成は、星の化学組成と非常によく似ています。80％の水素、17％のヘリウム、そして少量の水蒸気、メタン、アンモニアです。

大気圧は深さとともに増加し、水素ガスが液化して液体水素の海を形成し、金属のように動作します。これは木星の大気の下縁となるでしょう。

木星の金属液体水素の海は、太陽の表面よりも高温で、10,000°C程度で、非常に明るいです。

木星には重金属元素で構成された非常に密度の高い核がある可能性が非常に高いですが、この主張を裏付けるには、より多くのデータが必要です。

木星の物理的特性のまとめ

-質量： 1.9×10 ²⁷ kg

-赤道半径： 71 492 km、地球の半径の11倍に相当します。

- 極半径：66854 km。

-Shape：極で0.065倍に平坦化されます。

-軌道経由の電波： 7.78×10 ⁸ km、5.2 AUに相当

- 回転軸の傾き：軌道平面に対して3º12。

-温度： -130ºC（雲）

-重力： 24.8 m / s ²

-自分の磁場：はい、赤道で428μT。

-雰囲気：水素とヘリウムの密な雰囲気。

-密度： 1336 kg / m ³

-衛星： 79既知。

-リング：はい、薄暗いほこりで構成されています。

木星構造

木星の最外層は雲で構成されており、厚さは50 kmです。この雲の層の下には、主に水素とヘリウムの層があり、厚さは20,000 kmです。

気相と液相の間の移行は、圧力が深さとともに増加するので、緩やかです。

この液体層の下で、そして極度の圧力の結果として、水素およびヘリウム原子の電子は、それらの原子核から分離され、液体金属水素の海を移動する自由電子になります。

より深い深さでは、地球の直径の1.5倍の固いコアが存在する可能性がありますが、地球の30倍の重さがあります。そして、それはガスと液体で構成された惑星であるため、その驚異的な回転速度のために、惑星はその極で平らな形状を採用しています。

木星を観測する時期と方法

木星は明るく白く見え、夕暮れでも簡単に見えます。非常に明るい金星と混同しないでください。

木星の望遠鏡ビュー

一見すると、木星は最も明るい星であるシリウスよりも夜空で明るく輝き、30度の環境では、年によって変化する可能性のある黄道星座に常に近くなります。

図3.木星と4つのガリレオ衛星の夜景。小さな望遠鏡を使用しています。出典：@Asismet_IF。

優れた固定マウント双眼鏡または小さな望遠鏡を使用すると、木星は滑らかなバンドの白い円盤のように見えます。

ガリメデ、イオ、エウロパ、カリストの4つのガリレオ衛星は、小さな望遠鏡で簡単に見ることができます。衛星の位置は1日ごとに異なり、一部は惑星の後ろまたは前にあるため、時々3つしか表示されません。

空の惑星や星を識別して検索できるモバイルアプリケーションがいくつかあります。その中で、スカイマップは最初の1つであることで際立っています。このようにして、木星の位置はいつでもあります。

図4.ベネズエラのカラカスから午後11時14分にスカイマップ02/20/20で見た空における木星と他の惑星の位置。

翻訳運動

木星の軌道は楕円形で、その巨大な質量のために太陽の中心の外側に焦点を合わせています。13.07 km / sの速度で走行するには11.86年かかります。

現在、惑星は太陽の中心を中心に回転していると常に主張されています。これは木星を除くほとんどすべての人にとってかなり正確です。

木星の翻訳。出典：Easy Java SimulationのTodd K. Timberlake作者= Francisco Esquembre / CC BY-SA（https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0）

これは、木星が非常に重いため、太陽-木星系の回転中心、重心、または重心が太陽体の外にある木星に向かって移動するためです。

計算によれば、太陽-木星系の重心は太陽の半径の1.07倍、つまり太陽の外側です。

図5.太陽-木星系の重心は太陽の外にあり、木星の軌道は重心に焦点の1つを持つ楕円です。（ソース：spaceplace.nasa.gov）

近日点は、木星の軌道と太陽-木星系の重心に位置する楕円の焦点との間の最短距離です。その値は816.62万キロです。

反対に、遠日点は、焦点と軌道の間の最大距離であり、木星の場合は7億4102万キロです。

軌道の離心率は、それが円形からどれだけ離れているかを示します。木星の軌道の偏心は0.048775で、楕円の中心から焦点までの距離を楕円の半長軸の長さで割ることによって計算されます。

回転運動

木星の自転軸の恒星回転周期は、9時間55分27.3秒です。回転軸は、軌道回転軸に対して3.13ºの傾きがあります。

かさばるため、木星は太陽系のすべての惑星の中で最も短い回転周期を持っています。

木星衛星

巨大惑星の特徴は、衛星や月がたくさんあることです。現在までに79枚の木星衛星が数えられていますが、最大かつ最もよく知られているのは、1610年にガリレオガリレイによって発見された4つの衛星であり、近接順に次のとおりです。

-IO、それは地球の直径のisです

-ヨーロッパ、地球の直径のwith

-ガニメデ、⅖地球の直径

-カリスト、地球の直径の⅖部分のすぐ下

これらの4つの衛星を合わせると、すべての木星の衛星とリングの質量の99.99％になります。

木星とガリレオ衛星の間には、比較的最近（1979年）に発見された4つの小さな内部衛星があります。

ガリレオ衛星の外側に向かっているのは、合計10個の通常の衛星のグループと、現在までに61個が知られている逆行衛星のグループです（61）。

軌道半径の順に、4つの衛星グループが定義されています。

1. 128,000〜222,000 kmの軌道を持つ内部衛星（4）。
2. ガリレオ衛星（4）の軌道は、イオの場合422,000 kmからカリストの場合1,883,000 kmです。これらを合わせると、すべての木星衛星の質量の99.99％を占めています。
3. 7,284,000 km〜18,928,000 kmの通常の衛星（10）。
4. 17,582,000 kmから28,575,000 kmまでのレトログラード衛星（61）。

木星にもリングがあります。それらはガリレオ衛星より低い軌道にあり、内側の衛星の軌道の間にあります。これらのリングは、流星に衝突する内部衛星の結果として生じたと考えられています。

ガリレオ衛星

図6.木星と4つのガリレオ衛星：Io、Europa、Ganymede、Callisto。（出典：ウィキメディア・コモンズ）。

専門家は将来の植民地化の条件を満たしていると専門家が信じているため、4つのガリレオ衛星は非常に興味深いグループを構成しています。

イオ

火山活動が激しく、表面は内部から溶けた溶岩で永久に更新されています。

イオの加熱エネルギーは、主に木星の巨大な重力によって生成される強い潮汐力から生じます。

ヨーロッパ

距離の順に2番目のガリレオ衛星ですが、6番目のジュピター衛星です。その名前はギリシャ神話に由来し、ヨーロッパはゼウス（ローマ神話のジュピター）の恋人です。

月よりわずかに小さく、凍った水の固い地殻があります。酸素や他のガスの密度はそれほど高くありません。その滑らかに縞模様の表面は、いくつかのクレーターだけがあり、太陽系で最も滑らかな星です。

エウロパの氷の地殻の下は、巨大な木星の潮汐力によって駆動される動きが衛星の氷の表面に構造運動を引き起こす海であると考えられています。このようにして、その滑らかな表面に亀裂や溝が現れます。

多くの専門家は、ヨーロッパにはある種の生活を受け入れる条件があると信じています。

ガニメデ

それは太陽系で最大の衛星であり、鉄のコアを持つ岩だらけの氷のマントルを持っています。そのサイズは惑星マーキュリーのサイズよりわずかに大きく、質量はほぼ半分です。

塩水の海がその表面の下に存在するかもしれないという証拠があります。ESA（European Space Agency）は、2030年にそれを訪問する可能性を検討しました。

太陽系でよく見られるように、ガニメデの軌道はエウロパとイオの軌道と共鳴しています。ガニメデが1回転を完了すると、エウロパが2回転し、イオが4回転します。

図7.木星のガリレオ衛星の軌道共鳴。（出典：ウィキメディア・コモンズ）

カリスト

これは、水星とほぼ同じサイズの4番目のガリレオ衛星ですが、その重量の3分の1です。他の衛星との軌道共鳴はありませんが、木星と同期回転しており、常に惑星と同じ面を示しています。

表面には古代のクレーターが豊富で、主に岩と氷で構成されています。おそらく内陸に海があり、厚さは少なくとも100キロメートルあります。

造構活動の証拠はないので、そのクレーターはおそらく隕石の衝突によって引き起こされました。その大気は薄く、分子状酸素と二酸化炭素から成り、かなり強い電離層を持っています。

組成

木星は大気が厚く、主に水素が87％でヘリウムが13％程度続いています。0.1％未満の割合で存在する他のガスは、硫化水素、水蒸気およびアンモニアです。

惑星の雲にはアンモニア結晶が含まれており、その赤みがかった色はおそらく硫黄またはリンを含む分子に由来します。下部の見えない雲には、水硫化アンモニウムが含まれています。

深い層には雷雨が存在するため、これらの層には水蒸気で構成される雲が含まれている可能性が非常に高いです。

内部構造

木星の内部では、その巨大な重力とその厚い大気によって引き起こされる高圧のため、水素とヘリウムは液体の形をしています。

液体表面から15,000キロメートルを超える深さでは、水素原子が非常に圧縮され、核が互いに非常に接近しているため、電子が原子から離脱して伝導帯に入り、液体金属水素を形成します。

物理モデルは、より深いところに重い原子で構成された岩の多いコアがあることを示唆しています。最初は7つの地球の質量の核を推定しましたが、より最近のモデルでは、14から18の地球質量の質量を持つ核を考慮しています。

このような核が存在するかどうかを確認することは重要です。なぜなら、それは惑星の微惑星形成理論が真であるという答えに依存するからです。

この理論では、惑星は固体粒子の核から形成され、より大きなサイズのより重い固体オブジェクトを生み出します。これは、数百万年にわたって惑星を形成する重力凝縮の核として機能します。

木星の磁気圏

木星の強磁場のために、惑星には広大な磁気圏があり、それが見えなければ、月と同じ大きさの地球の空に見えます。

太陽系のどの惑星も、磁場の強さと広がりにおいて木星を超えません。

太陽風からの荷電粒子は磁力線に閉じ込められ、それらの周りを回転しますが、磁力線に沿ってドリフトまたは移動します。

磁力線が一方の極から発生してもう一方の極に加わると、荷電粒子は運動エネルギーを得て極に集中し、木星の極大気のガスを電離および励起し、その結果として光放射が放出されます。

木星へのミッション

1973年以来、木星には、宇宙探査プログラムを担当する米国の宇宙機関であるNASAのさまざまなミッションが訪れました。

パイオニア10と11、ガリレオとカッシーニなどのミッションは、木星の衛星を研究しています。予備データは、それらのいくつかは、生活のために、そしてまた人間との基盤を確立するためにも好ましい条件を持っていることを示唆しています。

北米の宇宙機関NASAとヨーロッパの宇宙機関ESAは、主にヨーロッパ衛星をより詳細に研究するために、木星への新しいミッションを計画しています。

先駆者

1973年12月に木星の上空を飛行した最初の宇宙探査機はパイオニア10でした。同じ年の4月にパイオニア11探査機が打ち上げられ、1974年12月に木星軌道に到達しました。

これらのミッションでは、木星とガリレオ衛星の最初のクローズアップ写真が撮られました。惑星の磁場と放射線帯も測定されました。

ボイジャー

1973年にも発足したボイジャー1号とボイジャー2号のミッションは、太陽系の惑星の王を再び訪れました。

これらのミッションによって収集されたデータは、惑星とその衛星に関する異常かつこれまで未知の情報を提供しました。たとえば、木星のリングシステムが最初に検出され、イオ衛星も激しい火山活動をしていることが知られていました。

ガリレオ

1995年に7年間の探査のために打ち上げられましたが、プローブにはメインアンテナに関する深刻な問題がありました。それにもかかわらず、木星の衛星に関する貴重な情報を送ることができました。

図9.木星の周りのガリレオプローブ。出典：ウィキメディア・コモンズ。jihemD / CC BY-SA（http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/）、

ミッションはヨーロッパの地下海を発見し、イオの活火山に関するより多くの情報を提供しました。

ガリレオは、探査プローブが木星に落ちたときに終了し、衝突とそれに伴うヨーロッパの氷の表面の汚染を回避しました。

カッシーニ

2000年12月、土星に向かうカッシーニ/ホイヘンスミッションは、ボイジャーミッションと同等のデータを取得しましたが、技術の向上により、品質ははるかに向上しました。

ニューホライズン

冥王星に向かう途中、ニューホライズンズスペースプローブは2007年に木星を訪れました。

ジュノ

ジュピターへの最新のミッションは、2016年7月5日に惑星に軌道に入ったジュノ宇宙探査機です。ジュノのミッションは、木星大気、その磁気圏、オーロラを研究することです。

このミッションは、既存のジュピターデータと互換性のあるコアモデルを決定するために必要なデータを提供し、そのようなコアが存在しないと主張するモデルと比較することが期待されています。

木星についての楽しい事実

-それは4つの巨大惑星の直径で最大です：木星、土星、天王星、海王星。

-木星が占める体積には、1300個の地球サイズの惑星が収まります。

-木星には巨大な質量があり、太陽系に残っている7つの惑星の質量の合計の2.5倍です。

-その固体コアは、45億年前に太陽系を生み出したガスとダストの原始円盤からちょうど100万年後に形成されたと考えられています。

-木星は太陽系の中で最も短い日をもつ惑星であり、その回転周期はわずか9時間55分です。

-それは太陽系の中で最も放射性の高い惑星であり、その大気によって反射された太陽光とは別に、主に赤外線の範囲でそれ自身の放射にも寄与しています。

-ジュピターは、太陽系で最大の衛星を持っています。月の1.5倍、地球の半径の0.4倍の半径を持つガニメデです。

-80％の大気は水素で構成されており、17％がヘリウムで占められています。残りは、水蒸気、メタン、アンモニア、エタンのような他のガスです。

-ジュピターの雲は、約50 kmの厚さの薄い層を形成するアンモニウム結晶で構成されています。しかし、その大気の全体は20,000 kmのオーダーであり、太陽系のすべての惑星の中で最も厚いです。

-それは、太陽系で最大かつ最も長い既知の高気圧性渦を持っている惑星である：大赤斑。300年以上の存在で、そのサイズは2つの地球の直径よりも大きいです。

-鉄、ニッケル、液体金属水素の非常に密度の高いコアがあります。

-それは永久的なオーロラを生成することができる強力な磁場を持っています。

-これは、重力加速度が最も高い太陽惑星であり、大気の端で地球の重力の2.5倍と推定されています。

-非常に最近の調査では、Junoの宇宙ミッションからのデータの分析に基づいて、赤道地帯に豊富な水があることが示されています。ジャーナルNature Astronomyの2020年2月10日付けのNASAレポートでは、惑星の赤道大気の0.25％が水分子で構成されていることが示されています。

参考文献

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