土星の環の一部に本体の影が落ちている。NASAの探査機カッシーニが2016年10月に最後に撮影した数点の画像を合成したもの。(PHOTOGRAPH BY NASA/JPL-CALTECH/SPACE SCIENCE INSTITUTE)
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 土星を取り巻く繊細な環。美しいのはもちろんだが、魅力はそれだけではない。信じられないような科学的な事実も打ち明けてくれるのだ。

 このほど天体物理学の学術誌「The Astrophysical Journal」に、環に生じる波を利用して、土星の1日の長さを解明した論文が発表された。論文によると、土星の1日は10時間33分38秒であるという。科学者たちはこれまで、土星の1日の長さがわからないことを何十年も歯がゆく思っていた。

 これは重要な発見だ。「太陽系のどの惑星についても、1日の長さは根本となる特性ですから」と、NASAの土星探査機カッシーニのミッションに参加していた米アイオワ大学の物理学者ビル・カース氏は言う。惑星の1日の長さを知ることは、その重力場や内部構造を解釈するのに役立つ。(参考記事:「金星の自転速度が低下?」

「自転の測定が困難な惑星は土星だけです」と言うのは、SETI研究所の上級研究員マシュー・ティスカレーノ氏だ。地球のような岩石惑星なら、表面の特徴を追跡すれば自転速度がわかる。また、木星、天王星、海王星はガス惑星だが、自転軸に対して傾いた磁場を持ち、自転とともにそれがふらつくため、それを利用して自転速度を計算できる。(参考記事:「天王星、傾いた自転軸の謎が明らかに」

 対して、土星は非協力的だ。まず、土星はガス惑星なので、追跡できるような表面の特徴はない。また、複数の観測により、土星の磁軸は回転軸とほぼ完全に一致していて、自転による磁場の変化が検出不可能なほど小さいことが確認されている。

【動画】土星入門
土星を取り巻く環はどのようにして形成されたのだろうか? 土星の衛星は何個あるのだろうか? かつてクリスチャン・ホイヘンスやジョヴァンニ・カッシーニも観察した巨大なガス惑星のすばらしい画像の数々を紹介する。(解説は英語です)

太陽系のドラムセット

 この難問を解く方法はなかなか見つからなかったが、米カリフォルニア大学サンタクルーズ校で天文学と天体物理学を学ぶ大学院生のクリストファー・マンコビッチ氏らの研究チームが名案を思いついた。

 氷と塵からできた土星の環は、静かな場所ではない。土星のまわりを回る衛星が近くを通り過ぎるときには、その引力により大小の波が立つ。環の波は、土星の深部にある物質が振動するときも生じる。質量の移動により、土星の重力場に変化が生じれば、環に及ぼす引力も変化するからだ。(参考記事:「土星の環、不安定で激変の状態と判明」

 これは、ドラムセットのスネアドラムが、ほかの楽器に共鳴して音を立てる現象に少し似ている。

「その振動を音として聞くことはできませんが、土星は楽器によく似ているのです」とマンコビッチ氏。「楽器のように、土星の『音』は、大きさ、形、組成、温度など全体の構成によって決まります」

次ページ:土星がなぜ振動するかは謎

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