土星：特性、組成、軌道、構造 - アルテ - 2025

土星は、木星に次ぐ太陽系で2番目に大きな惑星です。そのリングシステムで知られているこの惑星は、小惑星帯の後にある木星と呼ばれる惑星に属し、小惑星帯と岩惑星から隔てられています。

古くから知られ、肉眼で見える最も遠い5つの惑星の1つであるガリレオは、1610年に望遠鏡でそれを観測した最初の惑星でした。リングによる変形に気づきましたが、計器の解像度の欠如は、彼はその形を区別することができました。

ガス状の惑星土星は、地球に比べて95倍小さい。出典：土星の画像：NASA / JPL /宇宙科学研究所地球の画像：NASA /アポロ17号の乗組員/パブリックドメイン。

数年後の1659年に、クリスチャンホイヘンスが有名な指輪を適切に説明しました。しばらくして、イタリアの天文学者であるジョヴァンニカッシーニは、リングには現在カッシーニディビジョンと呼ばれるディビジョンがあることに気づきました。

古代の天文学者はリングシステムの詳細を示すことはできませんでしたが、惑星の既に壮大な眺めは、カルデア人のための「Alap Sahmas」（太陽の星）、「Phaenon」（明るいので、太陽）ギリシア人の場合、またはヘブライ人の場合、「普遍的な洪水の責任者」である「ヒマ」。

古代ローマ人は惑星を、彼らが土星と呼んだゼウスの父であるギリシャの神クロノスに関連付けました。この神に敬意を表して、12月にサトゥルナリアと呼ばれるお祭りが祝われました。

ヒンズー教徒、中国人、マヤ人などの他の古代文化も、その記録に惑星の観察があります。マヤ人にとって、土星、木星、火星の合流が起こった日付はお祝いでした。

土星の一般的な特徴

土星は木星ほど大きくありません。その半径は16％小さいのに対し、土星はその質量の3分の1にすぎません。

惑星の中で最も密度が低いです。687 kg / m ^3では、それを含むのに十分な大きさの海があった場合、水に浮く可能性があります。それは水素とヘリウムで構成されており、既知の最も軽い元素ですが、他の元素ははるかに少ない割合で含まれています。

土星には独自の磁場があり、木星の磁場よりも弱いですが、地球の磁場よりははるかに強く、磁気軸は回転軸に平行です。それがオーロラが各極域で同心円の形でよく見られる理由です。これらは、惑星の強磁場の真ん中の荷電粒子の動きによって形成されます。

土星のもう1つの特徴は、太陽から受けるエネルギーのほぼ2倍の熱を宇宙に放出することです。土星の内部は非常に熱く、科学者は、これは高圧での液体水素の凝縮が原因であると考えています。 。

土星内の圧力は、地球の大気圧の100万倍です。液体水素の液滴は、惑星の中心に向かって移動するときに速度を上げ、熱を発生させます。

液体水素は金属のように振る舞い、放射熱だけでなく、磁場を生成するダイナモ効果にも関与します。

土星の雰囲気は、木星の雰囲気に似ており、明るいバンドと暗いバンドのパターンが似ています。雲は、アンモニア、水、水硫化アンモニウムの結晶で構成されています。

地球上では何ヶ月も続く強風と時折起こる嵐があります。土星の赤道風は500メートル/秒に達することができます。

惑星の主な物理的特徴のまとめ

-質量： 5.69 x 10 ²⁶ kg。

-赤道半径： 6.0 x 10 ⁴ km

-極半径：5.4 x 10 ⁴ km

-形状：平らになります。

-太陽までの平均距離： 1.4 x 10 ⁹ km

- 軌道の傾き：黄道に対して2.5º。

-温度： -139〜-189ºC。

-重力： 10.4 m / s ²

-自分の磁場：はい。

-雰囲気：はい、ほとんどが水素です。

-密度： 687 kg / m ³

-衛星： 82正式に指定された、他の多くの小さな衛星、指定なし。

-リング：はい、複雑なシステムです。

土星の輪

土星のリングシステムは、その並外れた美しさのために太陽系で独特です。出典：Pixabay。

リングは土星の特徴です。なぜなら、他のガス巨人もそれらを所有しているのですが、間違いなくこの惑星のものは最も壮観です。

リングは主に氷と岩で構成されており、いくつかの特殊な衛星であるシェパード衛星の重力作用のおかげで形が保たれています。

土星の輪のイラスト

当初、望遠鏡の解像度が不足していたため、天文学者たちはリングが惑星の周りに物質の連続した円盤を形成していると考えていました。いずれの場合でも、システムの厚さはごくわずかで、わずか1 kmであり、一部の地域では数mになることがあります。

イタリアの天文学者、ジョヴァンニカッシーニは、1675年頃、両者の間に境界線が存在することに最初に気づきました。

数年後、フランスの数学者ピエールドゥラプラスは、実際には多数の薄いリングがあったことを指摘しました。最後に、James Clerk Maxwellは、リングが多くの粒子で構成され、それぞれが独立した軌道をたどるモデルを構築しました。

天文学者は、アルファベットの文字でリングを区別します。7つのメインリングと最も明るいリングは、A、B、C、およびDですが、E、F、およびGは薄いです。

何千もの弱いリングもあります。最も淡い最外部のものは赤外線望遠鏡で検出され、フィービーのリングと呼ばれています。

土星の環とより大きな衛星を示すアーティストのレンダリング。出典：photojournal.jpl.nasa.gov。

カッシーニのスプリットはリングAをリングBから分離しますが、同じリングAにはエンケスプリットと呼ばれる暗い領域があり、土星の衛星の1つであるパンによって維持されています。この領域内にも非常に薄いリングがあります。

さまざまな幅の区分があり、これも有名な天文学者にちなんで名付けられました：コロンボ、ホイヘンス、マクスウェル、キーラー。

リングの起源

リングは、砂粒（ミクロン）から数十メートルの長さの巨大な岩まで、さまざまなサイズの粒子で構成されていますが、天文学者はそれらが惑星と同時に発生したのではなく、ごく最近のことであることに同意しています。

メインリングA、B、Cはおそらく数億年前のものと推定されており、天文学的にはほとんどありません。科学者たちは、太陽系のすべての惑星が同時に、約46億年前に同時に形成されたことを確信しています。

リングを構成する材料は、惑星の重力のために断片化された彗星、流星、または月から来た可能性があります。いずれにせよ、それは惑星の形成の残骸ではありません。

確かに現在のところリングの起源は不明ですが、一般的なコンセンサスは、リングがかなり不安定であるため、形成されてすぐに数百万年の間に消える可能性があるということです。

翻訳運動

土星の軌道。土星と太陽の間の平均距離は1,400,000,000 km（9 AU）以上です。土星は平均軌道速度が9.69 km / sで、太陽を一周するのに10,759地球日必要です。出典：Easy JavaシミュレーションのTodd K. Timberlake作者= Francisco Esquembre / CC BY-SA（https://creativecommons.org/licenses /by-sa/3.0）

土星は、軌道を太陽の周りを移動するのに29年167日かかります。奇妙なことに、土星と木星の間には重力の相互作用があるため、軌道共鳴状態にあります。もちろん太陽の魅力ははるかに大きいですが、木星の魅力も影響します。

天体の間に軌道共鳴がある場合、それらの軌道周期は常に小さい数値で一定の比率を維持します。土星-木星の場合、後者は土星の2回転ごとに5回転し、この共振は両方の惑星の軌道を安定させる効果があると考えられています。

土星のリングを構成する粒子とそれらの間を周回する衛星との間に発生する軌道共鳴は、リングの構造、たとえばカッシーニ分裂の存在に強力な影響を及ぼします。

土星は、衛星の数が最も多い太陽系の惑星であり、そのうちの6つには関連する軌道周期があります。

-MimasとTethys、1：2の比率。ミマスの1ターンの間、テティスは2回ターンします。

-エンセラドとディオネ、関係1：2。

-HyperionとTitan、4：3の比率。

最後に、太陽系の角運動量の85％が2つの最大の惑星である木星と土星に集中していることは注目に値します。これは、質量の割合が最も高いにもかかわらず角運動量がほとんどない太陽とは対照的です。

システムの角運動量は、外部の相互作用がない場合に保存されるため、興味深い物理量です。変更が発生するには、内部からの正味トルクが必要です。

土星の運動データ

次のデータは土星の動きを簡単に説明しています：

-軌道の平均半径： 1.43 x 109 km

- 軌道の傾き：黄道面に対して2.5º

-偏心： 0.056

- 平均軌道速度：9.6 km / s

- 転送期間： 29 . 46年

- ローテーション期間： 10.66時間

土星を観測する時期と方法

土星は、その軌道が地球の軌道の外にあるため、優れた惑星と見なされます。高等惑星は木星、土星、天王星、海王星です。逆に、軌道が太陽に最も近い惑星は、劣等惑星と呼ばれます。水星と金星です。

より高い惑星を観察するのに最適な時期は、地球が太陽と太陽の間に来るときですが、一方、地球から離れて太陽に近づくと、それが連動しているのがわかりにくくなり、不透明になります。この状況は、次の図でグラフィカルに説明されています。

外惑星の反対と合流。出典：マラン、ダミーのS.天文学。

当然、空の観測者の主な目的の1つは、小さな望遠鏡で十分なリングを表示することです。ただし、リングが地球に対して縁にあり、見えない場合があることを考慮する必要があります。

リングが見られる角度は30年間で変化します。これは土星が太陽を周回する時間です。

土星の次の反対は：

-2020年：7月20日

-2021：8月2日

-2022：8月14日

-2023：8月27日

-2024：9月8日

-2025：9月21日

回転運動

すべてのゾーンが同じ速度で回転しているわけではありませんが、土星はそれ自体の回転軸で1回転を完了するのに平均10.66時間かかります。たとえば、赤道では回転速度は10.25時間ですが、惑星内では約10.65時間です。

この現象は差回転と呼ばれ、これまで述べてきたように、惑星がしっかりしていないことが原因です。また、液体と気体の性質により、惑星は回転運動によって変形し、極で平らになります。

組成

土星の組成は基本的に木星や他のガス惑星と同じです：水素とヘリウム、それだけが土星では水素の比率が高いので、密度は低くなります。

土星は太陽系の元になった星雲の外側の領域で形成されたので、惑星は急速に成長し、星雲に存在する水素とヘリウムを大量に捕獲することができました。

深部に行くと圧力と温度が上昇するため、表面の水素分子は金属水素に変わります。

惑星は気体ですが、マグネシウム、鉄、シリコンなど、少なくとも部分的に岩石であるその核には、より重い元素の割合が少ないです。

これらの要素に加えて、高温の惑星の中心に向かって蓄積する傾向がある、アンモニア、水、メタンの氷など、さまざまな種類の氷がたくさんあります。このため、材料は実際には気体ではなく液体です。

土星の雲は、アンモニアと水の氷で構成されていますが、大気中には、これらの物質に加えて、アセチレン、メタン、プロパン、およびその他の微量のガスが検出されています。

内部構造

土星の内部と外部の構造。出典：Kelvinsong / CC BY-SA（https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0）

土星は水素とヘリウムに支配されていますが、自然には岩の多い核が含まれていると考えられています。太陽系の惑星の形成の過程で、この核の周りにガスが凝縮し、それが急速に成長することを可能にする急速なプロセスで。

土星のコアには、すでに述べたように、液体水素の層に囲まれた岩石や揮発性の元素や化合物が含まれています。科学者は、このコアは地球の9倍から22倍の大きさであると推定しています。半径は約25,000 kmです。

この液体水素の層は、液体水素とヘリウムの層に囲まれ、最終的に最外層で気体になります。フレンケル線は、気体流体を液体から分離する熱力学的境界です。

土星の自然衛星

最新のカウントによると、土星には82の指定衛星があり、それでもまだ欠けている多数のミニ衛星があります。これにより、土星はこれまでで最も多くの衛星を持つ惑星になります。

土星の衛星システムは非常に複雑です。たとえば、彼らはリングに直接作用することが知られています：羊飼いの衛星。

さらに、他の衛星の前後60度の安定した軌道に留まるトロイの木馬衛星もあります。たとえば、衛星TelestoとCalypsoは、土星の主要衛星の1つであるThetysのトロイの木馬です。

土星の主な衛星は、タイタン、ミマス、エンケラドス、テチス、ディオネ、レア、ハイペリオン、イアペトゥス、フィービーです。これらの衛星は宇宙ミッションの前から知られていましたが、土星への探査機はさらに多くを発見しました。

左にはミマスと巨大なインパクトクレーター。右側はタイタンの表面。どちらの画像もCassiniプローブからのものです。出典：ウィキメディア・コモンズ。

土星のすべての月の中で最大のタイタンは、独自の雰囲気があり、太陽系全体で2番目に大きい木星の大月であるガニメデに続きます。タイタンは水星よりもさらに大きい。

一方、土星の6番目の月であるエンケラドスは、驚きのある巨大な雪玉です。そのコアは、熱い液体の水の海に覆われています。

土星とタイタン、その最も重要な衛星

土星の衛星の奇妙な事実は、軌道が同じ衛星がいくつかありますが、衝突することはありません。これらの軌道衛星の最も注目すべきものは、ヤヌスとエピメテウスです。

土星のすべての衛星が回転楕円体であるわけではありません。一般にサイズが小さく、惑星からかなり離れた軌道にある不規則な衛星がたくさんあります。

タイタンとその雰囲気

2015年にカッシーニプローブによって撮影されたタイタンの赤外線画像のモザイク。出典：NASA（Wikimedia Commons経由）。

これは土星の衛星の中で最大かつ最も重要な衛星であり、望遠鏡の助けを借りて地球から小さな光の点として見ることができます。オランダの天文学者クリスチャンホイヘンスが1655年頃に初めてそれを目にし、すでに19世紀にはジョンハーシェルがそれをタイタンと呼んでいました。

おおよその密度は1.9 g / cm ³で、岩の多いコアを含んでいますが、ほぼ完全に氷でできている世界です。

タイタンは、窒素とわずかな割合のメタン、および微量の炭化水素に支配された密度の高い大気を持っています。他の衛星はそれ自身の雰囲気を欠いているので、これは太陽系で非常にまれです。

また、海と雨がありますが、水ではなくメタンです。この化合物の存在は、天文学者ジェラール・カイパーによって行われた分光法のおかげで、20世紀半ばから知られています。後でボイジャーの調査はこの発見を確認しました。

タイタンの興味深い点は、生命の前駆体であるメタンに加えて、多くの有機化合物がそこで検出されたことです。タイタンがこの特異な大気を獲得したメカニズムはまだ不明ですが、炭化水素の存在量は地球の存在量よりもはるかに多いため、非常に興味深いものです。

土星へのカッシーニミッションの一環として、ホイヘンスの探査機はなんとかタイタンの表面に着陸し、凍った表面を発見しましたが、地形がいっぱいでした。

タイタンはさまざまな地質学と気候を楽しんでいますが、人間にとって歓迎されない世界です。その雰囲気はとてもダイナミックです。たとえば、高速の風が吹くことが知られています。これは、地上の最大のハリケーンよりはるかに優れています。

土星へのミッション

パイオニア11

このミッションは1973年にNASAによって打ち上げられ、数年後の1979年に土星の軌道に到達しました。このミッションは低解像度の画像をキャプチャし、地球から決して見られない未知の衛星やリングを発見しました。

調査はついに1995年に漂流しましたが、異星の航海士が遭遇した場合に備えて、カール・セーガンとフランク・ドレイクによって作成された有名なメッセージでプラークを載せました。

ボイジャー

このミッションは、Voyager 1とVoyager 2の2つのプローブの打ち上げで構成されました。

ボイジャー1号は木星と土星に到達すると考えられていましたが、すでに太陽系の範囲を超えており、2012年に星間空間に突入しました。その最も重要な発見には、タイタンの大気の存在と重要なデータの確認があります。土星の大気とリングシステムの。

Voyager 2は、土星の大気、気圧、および多数の高品質画像に関する情報を収集しました。土星を訪れた後、探査機は天王星と海王星に到達し、その後、姉妹探査機と同様に星間空間に入りました。

カッシーニ

カッシーニの任務は、NASA、欧州宇宙機関、およびイタリア宇宙機関の間の共同プロジェクトでした。それは1997年にケープカナベラルから打ち上げられ、その目的は惑星土星とその衛星システムを研究することでした。

プローブは2004年に土星に到達し、2017年に燃料がなくなるまで294回惑星を周回することができました。次に、プローブは土星に意図的に沈められ、衛星の1つに衝突するのを防ぎ、放射能汚染を回避しました。

カッシーニは、小惑星帯を超えて世界に着陸した最初の人工物体であるホイヘンスプローブを搭載しました。それは、土星最大の衛星であるタイタンです。

ホイヘンスは、タイタンの風景やリングの構造の画像に貢献しました。リングをかすめる土星の別の衛星であるミマスの画像も取得しました。彼らはその中心に巨大な山のある巨大なハーシェルクレーターを示しています。

カッシーニはまた、土星の6番目の氷の月、直径500 kmのエンケラドスに水が存在することを確認しました。これは、ディオネと軌道共鳴しています。

エンケラドゥス、土星の氷の月。Cassiniプローブイメージ。出典：ウィキメディア・コモンズ。NASA / JPL /宇宙科学研究所/パブリックドメイン。

エンケラドスの水は熱く、惑星には間欠泉と噴気孔がたくさんあり、水蒸気と有機化合物を放出します。そのため、生命が宿ると信​​じられています。

土星の別の大型衛星の1つであるIapetusについて、カッシーニの画像は暗い側面を明らかにしましたが、その起源はまだ不明です。

参考文献

1. 今月の空。接続詞と反対の外部惑星。回復：elcielodelmes.com。
2. マラン、ダミーのS.天文学。
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