土星の環から「雨」が降っていた、予想外の事実も

NASAの探査機カッシーニ最後の偉業、土星と環の関係に新たなシナリオ

2018.10.09
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最終ミッションで土星と環の間をくぐり抜ける土星探査機カッシーニの想像図。(PHOTOGRAPHY BY NASA)
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 土星には雨が降っている。1秒間に重さ数千キロにもおよぶ氷や有機分子が、環から土星の大気中へと降り注いでいる。

 土星とその環の間で起こる驚きの相互作用。科学者らがついにそれらを目撃できたのは、NASAの土星探査機カッシーニのおかげだ。2017年末に土星に突入してミッションを終えたカッシーニは、最後の数週間に土星とその環の間を22回くぐり抜け、環から降ってくる雨を採集した。(参考記事:「さよならカッシーニ、ついに土星衝突軌道に突入」

 土星の環から降る雨の観測は、技術的な偉業というだけではない。雨の組成や降雨ペースを知ることは、土星の歴史を解き明かす上でも非常に重要だ。土星の環の起源や年代という古来の謎に、また一歩近づいたことも意味する。

「私たちはたまたま土星が壮大な環をもっている時期に居合わせたのではないしょうか?」と、米コロラド大学ボールダー校のショーン・スー氏は言う。「環が最近形成されたものだとしたら、非常に面白いことになります。ほかの氷の衛星とも関係してきます」(参考記事:「土星の衛星エンケラドスに生命はぐくむ素材」

やまない雨

 土星の環から物質が降ってくること自体はまったく意外ではない。理論的にも観測上でも、数十年前からこのことを示唆していた。しかし、土星とその周囲をまわる星々(土星系)の中で物質がどのように移動するのか、そのうちのどれくらいの部分が土星に降り注ぐのかはわかっていなかった。

 2018年10月5日付けの学術誌「サイエンス」に土星の環から降る雨について3本の論文が掲載された。論文のもとになったデータはいずれも、カッシーニが最後の日々に行った「グランドフィナーレ」という観測プログラムから得られたものだ。(参考記事:「土星の環から地球が見えた、NASAが写真公開」

 カッシーニが土星と環の間を通り抜けるときの速度は時速約11万キロにもなった。これは、カッシーニに搭載された各種の観測機器が想定する速度をはるかに上回っていたため、データの解釈は困難をきわめた。(参考記事:「土星探査機カッシーニ、最終ミッションを開始」

 NASAのジャック・コナニー氏は、「科学者たちは奮闘の末、非常に巧妙なやり方で、観測データが語っていることを解き明かしました」と言う。「観測装置の想定や科学者たちの経験の範囲をはるかに超えた作業でした」

 カッシーニは、土星と環の間をくぐり抜けて土星の重力や磁場、環の質量などを測定しながら、環から降ってくる数多くの破片を採集した。それぞれ異なる成分を調べられる3種類の観測機器が、速やかに粒子の分析に取りかかった。こうして得られた結果の中には、科学者たちの予想と異なるものもあった。

土星の環から降る雨の成分。(PHOTOGRAPHY BY NASA/JPL/SWRI)
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 まず、土星上空で、それまで知られていなかった粒子の層を見つけた。ナノサイズのふわふわした粒子は、土星の大気中の分子と衝突し、だんだん下に落ちてゆき、土星の赤道沿いに降り注ぐ。「これらの粒子はグランドフィナーレ以前にはまったく知られていませんでした」とスー氏は言う。

 環から降る雨からは、メタン、ブタン、プロパンなどの有機物や、ケイ酸塩を豊富に含む粒子も見つかった。大きな電荷を持つ粒子は、土星の磁力線に沿って、主に南半球に落下した。それ以外の粒子は赤道沿いに落下する傾向があった。

 土星の環の95~99%は氷でできているが、環から降る雨には科学者たちが予想していたほど多くの氷は含まれていなかった。氷が少ないことについて、NASAのエイムズ研究センターのジェフ・カジー氏は、あるシナリオによって説明できると言う。土星の最も内側の環であるD環の内部に従来検出されていなかった放射帯があり、これが氷の塊から水を剥ぎ取っているとするシナリオだ。この仮説にしたがえば、土星本体の近くで検出される粒子は、ケイ酸塩や有機物など、放射に耐えて残った物質の塊ということになる。(参考記事:「土星の環が一部破れる、カッシーニが撮影」

次ページ:研究チームごとに異なる「雨の量」

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