私たちの星への想い③

土星の環の神秘に迫る

（第２回　火星旅行を疑似体験しよう　の続き）

小久保　土星に近付いていくと、環がいくつも連なっているのが見えますか？

篠原　わぁ、来ました！ この下から見上げる角度も迫力があります。土星って、いつ見ても本当にフォトジェニックですよね。上から見ても、下から見ても、横から見ても良しで。

小久保　本当に絵になりますよ。土星の環がすごいのは、半径はおよそ10万kmもあってとても大きいのに、厚さはわずか数十m以下だということです。だから、ある時期に土星を見ても環が見えなくなるんです。だんだん傾いていって、今はちょうど見えやすい時期です。

篠原　土星の環は、どうしてそんなに薄いんでしょうか。

小久保　氷の粒同士がぶつかって、一つの面に集まってくるからなんです。

篠原　ぶつかって、あちこち弾け合うんじゃなくてですか？

小久保　ぶつかることで運動エネルギーが失われるので、あまり弾けないのです。こういう土星の環が薄くなっていく過程も、シミュレーションだと一目瞭然です。

篠原　そうなんですね。

小久保　土星の影がちゃんと環に映るようになっているでしょう？ 「環をくぐる」というのはこんな感じです。とても細かい模様が見えるかと思うんですけれど、なぜこうなっているか、私たちも正確なところはまだ分からないんですよね。

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篠原　土星の環は氷の集まりだというのを知ったのも、以前見たこの4D2Uの映像でした。

小久保　それは大変ありがたい言葉です。土星の環って不思議なんです。望遠鏡でも「カッシーニの空隙（くうげき）」*1といって、一つの筋が見えるじゃないですか。

篠原　濃くなっているところですよね。

小久保　そう。濃い、黒くなったところです。それ以外にも、実はたくさん模様が見えていますが、なぜそうなっているかは判明していないんですよ。

篠原　まだまだ、未知の世界なんですね。

小久保　そうなんです。カッシーニの空隙があるのは、環の外側にある「ミマス」という衛星の重力の影響ではないかと言われています。それ以外にも、見れば見るほどいろいろな模様がありますが、その理由がまだ明かされていません。

篠原　それを解き明かすのが、小久保先生たちのお仕事なんですね。

小久保　ええ、知らないことを知りたいですから。どうにかできないかと思ってたどり着いた方法として、コンピュータの中に土星と環を作って、土星の回りに無数の氷の粒を回してどんな構造になっていくのかをシミュレートして調べる、つまりコンピュータを使った実験です。

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小久保　土星の周りをずっと飛びながら土星を調べていたカッシーニ*2という探査機が見つけた「プロペラ」という、小さい飛行機のプロペラのようなかわいい構造が環の中にあります。どうやってできるかというと、環の中に小衛星が埋め込まれていて、その重力の影響で氷の粒がない場所ができるんですね。それがちょうどきれいなプロペラのような模様になるんです。

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宇宙には「羊飼い」がいる？

小久保　太陽から見て木星よりも外側で、海王星よりも内側にある小惑星のような天体を「ケンタウルス天体」*3と呼んでいます。

小久保　太土星の外側、天王星の内側くらいにある「カリクロー」*4というケンタウルス天体を見てみましょう。

篠原　わぁ！ 思わず声が出ちゃうくらい小さくてかわいいです！

小久保　このカリクローに環があることが分かったんです。

篠原　へぇ、こんな小さくてジャガイモみたいな星に。お野菜みたいにボコボコしているのはどうしてですか？

小久保　ひしゃげた形は「掩蔽（えんぺい）観測」から見積もることができています。パンケーキというかジャガイモみたいな形をしているだろうというのは、科学的に想像しているんですね。

篠原　エンペイ観測ですか？

小久保　遠くにある天体を何かが隠した。そういう現象の観測を、掩蔽観測と言います。カリクローが通っていくと、ちょうど遠くにある星が隠れて見えなくなる。隠している間、何秒くらい見えなくなるかを観測するとカリクローの大きさが分かるんですね。

篠原　なるほど！

小久保　そうしたら、カリクローが星を隠す前と後の時間にも、遠くの星が暗くなった。つまりカリクローの両脇にも何かがあったんです。しかも、星を2回隠していた。だから二重の環があるということが分かりました。

篠原　二重の環！？

小久保　どれくらい暗くしたかで、どれくらい環の粒が詰まっているのかが分かりますから、コンピュータで計算して調べました。その結果がこの映像です。よく見ると内側は濃いんですが、外側は少し細めで、薄いんです。

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篠原　これが二重の環ですか。近付いてくると粒々が分かりますね。氷の川みたい！

小久保　まさに川ですね。

篠原　手でつかめそう！ 1個1個の大きさはどれくらいなんですか？

小久保　数メートルくらいですね。本当はもっと小さい粒々もあるはずですが。そこまで計算に入れると氷の粒の数が多すぎるので入れていません。これでも1億体以上の粒々です。内側の方の濃い環は、重力で集まっているんですね。塊のような不思議な構造を専門用語でウェイクと呼んでいます。

篠原　いつまでも見ていられますね。雲のようで。花のようで。

小久保　行ってみてみたら多分こういうふうになっていると思います。行って本物を見てみたいですけどね。木星、土星、天王星、海王星以外の小さい天体にも実は環があるんだということが、ごく最近になって分かってきました。確実なのは、カリクローとハウメア。この2つの天体には環があります。

篠原　天体に比べてリングがずいぶん大きいんですね。土星ではすぐ近くにリングがあるじゃないですか。カリクローはなぜ遠くにリングが？

小久保　不思議ですよね。これも想像なんですが、環の両側にまだ見つかっていない小さな衛星があって、その重力の影響ではないかと。こうした構造は放っておくと、篠原さんが言うように広がっていくんですよ。でも、それがまとまったままになっています。そんな天体を「羊飼い衛星」と言うんですね。

篠原　宇宙に羊飼いがいるなんて、面白いですね！

小久保　天文学はこういう面白い呼び名を付けますよね。環の中の1個1個の粒々を羊だと捉えて、それらがバラバラにならないよう、きっと「羊飼いの犬」役が両脇から押さえているんだと。カリクローの環も、広がらずに細いままでいられるのは、きっと両側に発見されていない衛星があるはずだと推測できるんですね。

＞＞第４回　どうやって惑星は生まれるか　へ続く

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