41回の太陽掩蔽データを使って、ついに土星の環の謎が解明された？

太陽が土星の環の秘密を明らかにする

NASA のカッシーニ宇宙船から見た土星の環。新たな研究では、カッシーニのデータを使い、環の粒子の大きさや組成など、土星の環の秘密を探っている。画像提供：NASA/JPL-Caltech/SSI/Cornell/SwRI。

土星の環は太陽系の他の部分に比べて若いのでしょうか?それらは氷の衛星や彗星の破壊によって形成されたのでしょうか?それらは土星の恒久的な特徴ですか?それとも、いつか存在しなくなるのでしょうか? 2022年10月18日、天文学者たちは土星の環の秘密を解明するのに役立つ新たな研究を発表した。天文学者らは、2004年から2017年にかけて土星を周回したNASAのカッシーニ宇宙船が観測した41回の太陽掩蔽（土星の環が太陽の前を通過する現象）のデータを使用した。

これらの観測は、リングのサイズ分布と構成についての手がかりを提供するだけでなく、リングがどのように形成されたか、そして最終的な運命についての理解を天文学者に深めることも可能にする。

サウスウエスト研究所、セントラルフロリダ大学、コロラド大学ボルダー校の研究者らは、査読済みの研究結果を学術誌「イカロス」（第388巻）の2022年12月号に発表した。

土星の環の秘密

科学者たちは土星の環の起源をより深く理解したいと考えています。たとえば、指輪の大きさはどれくらいですか?それらはどのように形成されるのでしょうか?この新たな研究の筆頭著者であるサウスウェスト研究所のステファニー・ジャマック氏は次のように述べた。

NASA のカッシーニ宇宙船は、ほぼ 20 年間にわたり、土星とその一連の氷の衛星や象徴的な環の驚異を私たちに伝えてきましたが、環系の起源はまだわかっていません。リングは比較的新しく、氷の衛星または彗星の破壊によって形成された可能性があるという証拠があります。しかし、起源理論を理解するには、これらのリングを構成する粒子のサイズを正確に把握する必要があります。

太陽掩蔽は土星の環の秘密を明らかにするのに役立つ

新たな研究では、天文学者たちはカッシーニの紫外線撮像分光器からのデータを使用した。以前、カッシーニがまだ土星を周回していたとき、紫外線撮像分光器は太陽を観測すると同時に土星の環を観測しました。機器はリングを通して観測するため、粒子が太陽からの光を部分的に遮ります。これを太陽掩蔽といいます。 UV イメージング分光計は、これらの粒子の光学的な深さを測定できます。

どうやってそれを思いついたのですか?通常、これらの粒子は太陽からの光を吸収し、散乱させます。遮られる光の量から、科学者はそれらの粒子の光学的深さを知ることができます。データはこれらの粒子のサイズと組成に関する手がかりを提供しました。ジャーマック氏は言う。

これらの観測により、太陽からの光の波長を考慮すると、土星の環の最小粒子サイズがわかります。 UV イメージング分光計はマイクロメートル レベルでダスト粒子を検出できるため、システム内のリング粒子の起源、衝突活動、破壊を理解するのに役立ちます。

惑星形成の手がかり

さまざまな角度でリングを通過する太陽光を観察することで、研究者はリングシステムの全体的な構造についてさらに詳しく知ることができます。さらに、これらの発見は惑星の一般的な形成にも応用できます。 Jarmak 氏は次のように説明しています。

巨大惑星の周りのリングシステムは、太陽系の基本的な物理的特性とプロセスを研究するためのテストベッドも提供します。これらの粒子は、ディスク内で物体が衝突してより大きな粒子を形成することによって発生すると考えられています。これらのリング系がどのように形成されるかを理解することは、惑星がどのように形成されるかを理解するのにも役立ちます。

ここでは、太陽に照らされた土星の環が見えます。カッシーニは、2013 年 7 月 19 日にこの象徴的な画像を撮影しました。カッシーニはリングを通して太陽を観測し、リング内の粒子が掩蔽を生み出しました。画像はNASA/JPL-Caltech/SSIより。

土星の失われた衛星クリサリス

先月、カリフォルニア大学バークレー校の科学者らは、土星の環は、かつてイアペトゥスほどの大きさだった衛星クリサリスが土星に近づき過ぎて分裂したときに形成された可能性があると述べた。最終的に、土星の大気圏に落ちなかったさなぎの残骸はリングになりました。さらに、コンピューターシミュレーションでは、土星の最大の衛星タイタンがクリサリスの軌道を乱し、土星に近づきすぎたことが判明した。

2019年の研究では、土星の環の年齢は1億年未満である可能性があることが示唆されました。土星は今では太陽系の宝石かもしれませんが、昔からそうだったわけではありません。

最後に、新たな研究では、NASA のカッシーニ計画による太陽掩蔽データを使用して、土星の環の構成、形成、その他の秘密をより深く理解しようとしています。

著者:ポール・スコット・アンダーソン

FY: 夢の中の月を知る

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