タイタンは土星の衛星の1つであり、すべての衛星の中で最大のものです。その表面は氷で覆われ、水星よりも大きく、太陽系のすべての衛星の中で最も密度の高い大気を持っています。
地球から、タイタンは双眼鏡や望遠鏡の助けを借りて見えます。1655年に初めて望遠鏡で衛星を発見したのは、オランダの天文学者であるクリスチャンホイヘンス（1629〜1695）でした。ホイヘンスはそれをタイタンと呼んだのではなく、単に「土星の月」のラテン語であるルナサトゥルニを呼んだ。
図1.土星を周回するタイタン。カッシーニの画像です。出典：NASA。
ギリシャ神話に由来するタイタンという名前は、19世紀半ばにウィリアムハーシェルの息子であるジョンハーシェル（1792-1871）によって提案されました。タイタンは、ローマ人の土星に相当するギリシャ人時代の父親であるクロノスの兄弟でした。
20世紀後半に実施された宇宙ミッションとハッブル宇宙望遠鏡の観測により、この衛星自体の魅力が大幅に高まりました。
まず、タイタンには風、蒸発、雨など地球と同じような気象現象があります。しかし、根本的な違いがあります。タイタンでは、メタンが大気と地表の一部であるため、メタンはそれらに重要な役割を果たします。
また、回転軸が傾いているため、地球とは時間が異なりますが、四季折々の季節を楽しんでいます。
このため、また独自の大気と大きなサイズを備えているため、タイタンは小型の惑星として説明され、科学者たちはそれをよりよく知り、それが宿るか、それとも生命を宿すことができるかを見つけることに集中してきました。
一般的な特性
サイズ
タイタンは2番目に大きな衛星であり、木星の巨大な月であるガニメデに次ぐ。小さな惑星の直径は4879.4 km、タイタンの直径は5149.5 kmなので、サイズは水星よりも大きくなります。
図2.左下の地球、月、タイタンのサイズの比較。出典：ウィキメディア・コモンズ。アポロ17地球全体の画像：満月のNASA望遠鏡画像：グレゴリーH.リベラタイタンの画像：NASA / JPL /宇宙科学研究所/パブリックドメイン
しかし、タイタンはその組成に大きな割合の氷を含んでいます。科学者はその密度によってこれを知っています。
密度
物体の密度を計算するには、その質量と体積の両方を知る必要があります。タイタンの質量は、ケプラーの第3法則、および宇宙ミッションによって提供されるデータによって決定できます。
タイタンの密度は1.9 g / cm 3で、岩石の多い惑星の密度をはるかに下回っています。これは、タイタンの組成に水だけでなく他の物質が含まれている可能性があることを意味します。
雰囲気
衛星は大気が濃く、太陽系では珍しい。この大気にはメタンが含まれていますが、主成分は窒素であり、地球の大気と同じです。
水も二酸化炭素もありませんが、太陽光がメタンと反応してアセチレンやエタンなどの他の化合物を生成するため、他の炭化水素が存在します。
磁場なし
磁性に関しては、タイタンはそれ自身の磁場を欠いています。土星の放射線帯の端にあるため、多くの高エネルギー粒子がタイタンの表面に到達し、そこでタイタンの分子を分解します。
タイタンに到着した架空の旅行者は、およそ-179.5 surfaceCの表面温度とおそらく不快な大気圧を見つけるでしょう。海面での地球の圧力の値の1.5倍です。
雨
タイタンでは、メタンが大気中に凝縮するため雨が降りますが、この雨は地面に到達する前に部分的に蒸発するため、地面に到達しないことがよくあります。
タイタンの主な物理的特性のまとめ
組成
惑星の科学者たちは、タイタンの密度（水の密度の約2倍）から、衛星が岩と氷の半分であると推測しています。
岩には鉄とケイ酸塩が含まれていますが、氷はすべて水ではありませんが、地殻の凍結層の下には水とアンモニアの混合物があります。タイタンには酸素がありますが、地下では水と結びついています。
タイタンの内部には、地球や太陽系の他の物体と同じように、崩壊して熱が他の元素に変化する放射性元素があります。
タイタンの温度はメタンの三重点に近いことに注意することが重要です。これは、この化合物が固体の液体、気体として存在し、地球の水と同じ役割を果たすことができることを示しています。
これは、この化合物の蒸発のサンプルを発見した衛星の表面になんとか降下したカッシーニプローブによって確認されました。また、地球の湖や海で電波が反射されるのと同様に、電波の反射が弱い領域も検出されました。
ラジオ画像のこれらの暗い領域は、3〜70 km幅の液体メタンの塊の存在を示唆していますが、この事実を明確に裏付けるためには、より多くの証拠が必要です。
タイタンの雰囲気
オランダの天文学者ジェラールカイパー（1905-1973）は、1944年にタイタンが独自の雰囲気を持っていることを確認しました。そのおかげで、衛星は画像で見ることができる特徴的なオレンジブラウン色を持っています。
その後、1980年代初頭にVoyagerミッションによって送信されたデータのおかげで、この大気はかなり密集していることがわかりましたが、距離が原因で日射量が少なくなっています。
また、スモッグの層があり、表面が鈍くなり、懸濁液中に炭化水素粒子が存在します。
タイタンの上部の大気では、時速400 kmの風が発達しますが、地表に近づくとパノラマはもう少し穏やかになります。
大気ガス
その組成に関して、大気ガスは94％の窒素と1.6％のメタンで構成されています。残りの成分は炭化水素です。地球の大気を除いて、太陽系の他の誰もそのような量の窒素を含んでいないので、これは最も特徴的な特徴です。
メタンは温室効果ガスであり、その存在はタイタンの温度がさらに低下するのを防ぎます。ただし、広く分散されたガスで構成される最外層は反射性であり、温室効果を打ち消します。
炭化水素
タイタンで観測された炭化水素の中で、アクリロニトリルは、2.8百万分率（ppm）までの濃度で、分光分析技術によって検出されました。
プラスチックの製造で広く使用されている化合物であり、科学者によると、細胞膜と同様の構造を作成することができます。
アクリロニトリルは当初、タイタンの大気の上層で検出されましたが、表面に到達し、下層の大気層で凝縮し、雨に降られると考えられています。
アクリロニトリルとは別に、タイタンには、紫外光がメタンを断片化して窒素分子を分離するときに現れる有機性の奇妙な化合物であるトリンがあります。
その結果、これらのより複雑な化合物が、地球の初期に存在していたと考えられています。それらは小惑星帯を越えた氷の世界で検出されており、研究者は実験室でそれらを生成することができます。
このような発見は非常に興味深いものですが、衛星の状態は、特に極端な温度のために、地球の生命には適していません。
タイタンを観察する方法
タイタンは巨大な土星の周りの小さな光の点として地球から見えますが、双眼鏡や望遠鏡などの器具の助けが必要です。
それでも、タイタンはガリレオ衛星（木星の偉大な衛星）ほどは輝いていないため、詳細に気付くことはできません。
さらに、土星のサイズと明るさが大きいために衛星の存在が隠れてしまうことがあるので、衛星を区別するために2つの衛星の間の距離が最も大きい瞬間を探す必要があります。
軌道
タイタンは土星の周りを回転するのに約16日かかります。そのような回転は惑星と同期しており、常に同じ顔を見せています。
この現象は、太陽系の衛星の間で非常に一般的です。たとえば、私たちの月も地球と同期して回転しています。
図3.赤で強調表示されたタイタンの軌道と土星の主要衛星の軌道：ハイペリオンとイアペトゥスがタイタンの最も外側にあり、最も内側が次の順序です：レア、ディオネ、テチス、エンケラドス、ミマス。出典：ウィキメディア・コモンズ。！オリジナル：瓦礫の山ベクター：Mysid。/ CC BY-SA（https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0）
これは、地球上で最も高く評価されている効果である、液体の質量を持ち上げるだけでなく、潮汐力によるものです。また、地殻を持ち上げたり、惑星や衛星を反らせたりすることもできます。
潮汐力は、軌道速度が回転速度と等しくなるまで、衛星の速度を徐々に遅くします。
回転運動
タイタンの同期回転とは、軸を中心とした回転の周期が軌道周期と同じ、つまり約16日であることを意味します。
黄道から26度の回転軸の傾きがあるため、タイタンには観測所があります。しかし、地球とは異なり、それぞれが約7.4年間持続します。
2006年に、カッシーニプローブはタイタンの北極に雨（メタンから）を示す画像を表示しました。これは、メタン湖が存在すると信じられている衛星の北半球で夏の始まりを示すイベントです。
雨は湖を成長させ、南半球の雨はほぼ同じ時期に確実に乾くでしょう。
内部構造
以下の図は、地球観測から収集された証拠に加えて、ボイジャーとカッシーニのミッションから収集された証拠をプールすることによって構築された、タイタンの層状内部構造を示しています。
-水とケイ酸塩で構成された核、ただしケイ酸塩をベースにしたより内部の岩石コアの可能性も処理されます。
-さまざまな氷の層とアンモニアを含む液体の水
-氷の最外殻。
図4.理論モデルによるタイタンの内部構造。出典：ウィキメディア・コモンズ。Kelvinsong / CC BY（https://creativecommons.org/licenses/by/3.0）。
この図は、表面を覆う密な大気層も示しています。この層では、上記のタイプの有機化合物の層が際立っており、最終的には、スモッグのより外側の薄い層が目立ちます。
地質学
2005年にタイタンに着陸したカッシーニ探査機は、赤外線カメラとレーダーを使用して衛星を調査し、高密度の大気を透過することができました。画像はさまざまな地質を示しています。
タイタンは45億年以上前に太陽系の他のメンバーと共に形成されましたが、その表面ははるかに最近のものであり、推定によれば約1億年です。それは素晴らしい地質学的活動のおかげで可能です。
画像は、氷の丘と暗い色の滑らかな表面を示しています。
地質学的活動はそれらが形成した直後にそれらを消すので、クレーターはほとんどありません。一部の科学者は、氷が岩に取って代わりましたが、タイタンの表面はアリゾナの砂漠に似ていると述べました。
まるで液体がずっと前に形を作ったかのように、穏やかに丸くなった氷の尾根がプローブの降下の場所で見つかりました。
上記の平野とメタン湖、そして島々へと緩やかに下降する水路が立ち並ぶ丘もあります。これらの湖は、地球の外の場所で発見された最初の安定した液体であり、極の近くに位置しています。
図5.高度10 kmでホイヘンスプローブによって撮影されたタイタンの画像。出典：ESA / NASA / JPL /アリゾナ大学/パブリックドメイン。
タイタンでは、一般的に救済はあまりマークされていません。高度測定データによると、最も高い山は約1〜2 kmの高さに達します。
これらの特徴に加えて、タイタンには潮によって引き起こされる砂丘があり、それが衛星の表面に強い風を発生させます。
実際、これらすべての現象は地球上で発生しますが、タイタンではメタンが水の代わりになり、太陽からもはるかに離れているため、非常に異なる方法で発生します。
参考文献
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