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単なる飾りではなかった! 土星の内側の「環」の影響とは?

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本記事は、Saturn’s Inner Rings Are Changing Planet’s Atmosphere
翻訳・再構成したものです。
配信元または著者の許可を得て配信しています。

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読了時間 : 約2分2秒

・土星の内側の環は、水、アンモニア、メタン、窒素分子、一酸化炭素、二酸化炭素で構成されている。
・環はこれらの化学物質を予測の10倍の速さで大気圏に放出している。
・この噴出した物質が土星の大気を加熱し、その組成を変化させる。

 

NASAの土星探査機カッシーニが、13年以上かけて土星の大気と環を研究してきた結果、それはこれまで考えられていたよりもはるかに複雑であることがわかりました。グランドフィナーレと呼ばれる最終段階では、カッシーニは土星の大気と最も内側の環(D環)の隙間を通過し、内部磁場やD環の組成・挙動を調べる絶好の機会を提供しました。

 

最近発表されたグランドフィナーレの成果を報告する論文では、いくつかの重要な点について述べられています。たとえば、土星の複雑な内部構造を示す磁場、環の内側にある追加の放射線帯、D環から土星上層大気へ降下する塵の組成についてです。

 

また、落下した物質の分子解析や惑星の大気組成の研究も行われました。その結果、この落下物質が、大気中に存在する酸素や炭素の量を長い時間スケールで変化させることが示唆されたのです。

意外な成分

研究者を驚かせた二つのことは、環から出る物質の化学的複雑さと量です。環のほとんどは水でできており、その一部は土星の電離層に吸収されているはずだと考えられていましたが、そうではないことが明らかになりました。環の物質の質も量も、予想とあまりに違いすぎるのです。

 

カッシーニの質量分析計が、土星の電離層とその内側のD環の間で化学物質をサンプリングしたところ、環には、水、アンモニア、メタン、窒素分子、一酸化炭素、二酸化炭素が含まれていました。

 

土星の環
画像出典:Nasa

 

これらの化学物質の膨大な量は、内側のD環よりも遅く回転している土星の上層大気中に飛び散っています。ベンジンを含むこれらの化学物質(塵や粒の形で)は、赤道域において、この惑星の電離層を変化させています。

 

米国テキサス州サンアントニオにあるサウスウエスト研究所の科学者たちは、環から放出された化学物質が、三原子水素イオンと水素イオンを重い分子イオンに変化させ、大気の密度を低下させることによって土星の赤道電離圏の組成を変化させると報告しています。

 

この予想以上の物質が惑星の大気中に落下していることは、環の寿命がこれまでの計算よりも短いかもしれないと結論づけるのに十分です。記録によると、D環は予想を超える10倍の速さでこれらの物質を排出しており、もしそれが補充されないのであれば、環は長続きはしないでしょう。

 

土星の大気は、惑星の環に比べてゆっくりとした速度で動いているため、物質が滑らかに入ってくるわけではありません。衛星が地球に再突入するのと同じように、土星の大気圏に突入するのです。これらの塵や粒は衛星の速度で移動し、電離層を加熱し、その組成を変化させます。

 

一部のモデルでは、木星にあった環は、同じ理由で最終的に希薄になった、と予測しています。環は、何らかの方法で外部から新しい物質を受け入れない限り、時間とともに流出してしまうのです。

 

この結果はどのように役立つのか?

この結果は、私たちの太陽系や他の太陽系、太陽系外惑星がどのように機能しているのかに光を当てることができるかもしれません。また、惑星がなぜ、どのようにして環を作るのかを理解するのにも役立つと思います。土星の環は何年前のもので、その寿命はどのくらいなのでしょう? 土星に環がない時代はあったのでしょうか? そもそも、どのようにして環ができたのでしょうか?

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