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| 発見 | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 発見者 | ウィリアム・ラッセル | ||||||||
| 発見日 | 1851年10月24日 | ||||||||
| 指定 | |||||||||
指定 | 天王星I | ||||||||
| 発音 | / ˈ ɛər i ə l /または/ ˈ ær i ə l / [1] | ||||||||
| 形容詞 | アリエル/ ær i ˈ iː l i ə n / [2] | ||||||||
| 軌道特性[3] | |||||||||
| 190,900 キロ | |||||||||
| 偏心 | 0.0012 | ||||||||
| 2.520 日 | |||||||||
平均軌道速度 | 5.51 km/s [a] | ||||||||
| 傾斜 | 0.260°（天王星の赤道まで） | ||||||||
| 衛星の | 天王星 | ||||||||
| 身体的特徴 | |||||||||
| 寸法 | 1162.2 × 1155.8 × 1155.4 km [4] | ||||||||
| 578.9 ± 0.6 km (0.0908 地球) [4] | |||||||||
| 4 211 300 km 2 [b] | |||||||||
| 音量 | 812 600 000 km 3 [c] | ||||||||
| 質量 | （1.2331 ± 0.0180）× 10 21 kg [6] | ||||||||
平均密度 | 1.517 g/cm 3 (計算値) | ||||||||
| 0.246 m/s 2 [日] | |||||||||
| 0.533 km/s [電子] | |||||||||
| 同期 | |||||||||
| アルベド |
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| 14.8（Rバンド）[10] | |||||||||
アリエルは天王星の4番目に大きい衛星です。アリエルは天王星の赤道面を公転し自転します。赤道面は天王星の軌道とほぼ垂直なので、季節周期が極端に変化します。
1851年10月24日にウィリアム・ラッセルによって発見され[11]、2つの異なる文学作品の登場人物にちなんで名付けられました。2019年現在、アリエルの詳細な知識の多くは、 1986年に宇宙探査機ボイジャー2号が天王星を一度だけフライバイしたことから得られており、その際に月の表面の約35%を撮影することができました。現在、月をより詳細に研究するために再び月を調査する計画はありませんが、天王星探査機や探査機などのさまざまなコンセプトが提案されています。
アリエルは、ミランダに次いで、天王星の5つの主要な球状の衛星の中で2番目に近い衛星である。太陽系で知られている20の球状の衛星の中で最小の衛星の1つであり（直径では14番目）、氷と岩石物質がほぼ同量で構成されていると考えられている。その質量は、地球の水圏とほぼ同じ大きさである。
天王星のすべての衛星と同様に、アリエルはおそらく形成直後に惑星を取り囲んだ集積円盤から形成され、他の大型衛星と同様に分化しており、岩石の内核が氷のマントルで囲まれていると考えられます。アリエルの表面は、断崖、峡谷、尾根のシステムによって横断された広大なクレーター地形からなる複雑な構造をしています。表面には、潮汐加熱によるものと考えられる、他の天王星の衛星よりも最近の地質活動の兆候が見られます。
発見と名前
1851 年 10 月 24 日にウィリアム ラッセルによって発見され、アレクサンダー ポープの 1712 年の詩『The Rape of the Lock』とシェークスピアの『テンペスト』に登場する空の精霊にちなんで名付けられました。
アリエルと、それよりわずかに大きい天王星の衛星ウンブリエルは、 1851年10月24日にウィリアム・ラッセルによって発見された。 [12] [13] 1787年に天王星の2つの最大の衛星ティターニアとオベロンを発見したウィリアム・ハーシェルは、さらに4つの衛星を観測したと主張したが、 [14]これは確認されず、現在ではこれら4つの天体は偽物であると考えられている。[15] [16] [17]
天王星の衛星はすべて、ウィリアム・シェイクスピアの作品やアレクサンダー・ポープの『髪を奪う』の登場人物にちなんで名付けられている。当時知られていた天王星の4つの衛星の名前は、ラッセルの要請で1852年にジョン・ハーシェルが提案したものだが、 [18]ハーシェルが名前を考案したのか、ラッセルが考案してハーシェルの許可を求めたのかは定かではない。[19]アリエルは『髪を奪う』の主人公のシルフにちなんで名付けられた。[20]また、シェイクスピアの『テンペスト』でプロスペロに仕える精霊の名前でもある。[21]この衛星はウラヌスIとも呼ばれる。[13]
軌道
天王星の5つの主な衛星のうち、アリエルは天王星に2番目に近く、約190,000 kmの距離を周回している。[f]その軌道は小さな離心率を持ち、天王星の赤道に対してほとんど傾いていない。 [3]その公転周期は約2.5地球日で、自転周期と一致している。これは、月の片側が常に惑星に面していることを意味する。この状態は潮汐ロックとして知られている。[22]アリエルの軌道は完全に天王星の磁気圏内にある。[8]アリエルのような磁気圏内を周回する空気のない衛星の後半球（軌道の方向と反対を向いているもの）は、惑星と一緒に回転する磁気圏プラズマに衝突する。 [23]この衝突により、オベロンを除くすべての天王星の衛星で観測される後半球の暗化が起こる可能性がある（以下を参照）。[8]アリエルは磁気圏の荷電粒子も捕らえ、 1986年にボイジャー2号が観測した月の軌道付近の高エネルギー粒子数の顕著な低下を生み出した。[24]
アリエルは天王星と同様に、自転に対してほぼ横向きで太陽の 周りを回っているため、至点では北半球と南半球が太陽に直接向くか、または太陽から完全に離れるかのどちらかになります。つまり、アリエルは極端な季節サイクルの影響を受けます。地球の両極が至点付近で永久に夜または昼になるのと同じように、アリエルの両極も天王星年の半分（地球の42年）永久に夜または昼になり、各至点では太陽がいずれかの極の天頂近くに昇ります。 [ 8 ]ボイジャー2号のフライバイは1986年の南半球の夏至と一致し、このときは北半球のほぼ全体が暗かったです。42年に一度、天王星が春分を迎え、その赤道面が地球と交差するとき、天王星の衛星の相互掩蔽が発生する可能性があります。 2007年から2008年にかけては、2007年8月19日のウンブリエルによるアリエルの掩蔽を含め、同様の現象が数多く発生しました。[25]
現在、アリエルは他の天王星の衛星といかなる軌道共鳴も起こしていない。しかし、過去にはミランダと5:3の共鳴を起こしていた可能性があり、それがミランダの加熱に部分的に関与していた可能性がある（ただし、以前のミランダとの1:3の共鳴に起因する最大の加熱は、おそらくその3倍ほど大きかった）。[26]アリエルはかつてティタニアと4:1の共鳴に閉じ込められていた可能性があり、後にそこから脱出した。[27]天王星の衛星は、木星や土星の衛星よりも扁平度が低いため、平均運動共鳴から脱出するのがはるかに容易である。[27]この共鳴は、おそらく約38億年前に遭遇し、アリエルの軌道離心率を増加させ、天王星からの時間によって変化する潮汐力による潮汐摩擦をもたらしたであろう。これにより月の内部温度は20Kも上昇したと推定される 。[27]
構成と内部構造
アリエルは、大きさと質量で天王星の衛星の中で4番目に大きい。また、太陽系で14番目に大きい衛星でもある。衛星の密度は1.52 g/cm 3であり、これは、ほぼ同量の水氷と高密度の非氷成分で構成されていることを示している。[28]後者は、岩石と、ソリンと呼ばれる重い有機化合物を含む炭素質物質で構成されている可能性がある。[22]水氷の存在は、赤外分光観測によって裏付けられており、月の表面には結晶性の水氷があることが明らかになっている。この表面は多孔質であるため、太陽熱をほとんど下の層に伝えない。 [8] [29]水氷の吸収帯は、アリエルの先行半球の方が後続半球よりも強い。[8]この非対称性の原因は不明であるが、天王星の磁気圏からの荷電粒子の衝撃に関係している可能性がある。この衝撃は、プラズマの共回転のため後続半球でより強くなる。[8]高エネルギー粒子は水氷を飛び散らし、氷の中に閉じ込められたメタンをクラスレート水和物として分解し、他の有機物を黒ずませ、黒くて炭素を多く含む残留物を残す傾向がある。[8]
赤外線分光法によって、水以外にアリエルの表面には 2 つの化合物が確認されている。1 つ目は二酸化炭素(CO 2 ) で、主に後半球に集中している。アリエルは、天王星の衛星の中では最も強い CO 2の分光学的証拠を示しており[8]、この化合物が発見された最初の天王星の衛星である[8] 。二酸化炭素の起源は完全には明らかではない。天王星の磁気圏から来る高エネルギー荷電粒子または太陽の紫外線の影響を受けて、炭酸塩または有機物から局所的に生成された可能性がある。この仮説は、後半球が先行半球よりも強い磁気圏の影響を受けるため、分布の非対称性を説明できる。もう 1 つの可能性のある発生源は、アリエルの内部の水氷に閉じ込められた原始的なCO 2のガス放出である。内部からの CO 2の放出は、この衛星の過去の地質活動に関連している可能性がある。[8]
アリエルの2.2μmの波長で特徴的に特定された2番目の化合物はアンモニアであり、表面全体にほぼ均一に分布している。アンモニアの存在は、アリエルが最近まで地質学的に活発であったことを示している可能性がある。[30]
アリエルの大きさ、岩石/氷の組成、そして水の凝固点を下げるために溶液中に塩やアンモニアが存在する可能性を考えると、アリエルの内部は岩石の核とそれを取り囲む氷のマントルに分化している可能性がある。[28]この場合、核の半径（372 km）は月の半径の約64％、質量は月の質量の約56％であり、パラメータは月の組成によって決まる。アリエルの中心部の圧力は約0.3 GPa（3 kbar）である。[28]氷のマントルの現在の状態は不明である。現在、地下の海が存在する可能性があると考えられているが[31]、2006年の研究では、放射性加熱だけでは海底海が存在する可能性は低いと示唆されている。[28]より科学的な研究では、天王星の4つの最大の衛星には活発な海底海が存在する可能性があると結論付けられている。[32] [33] [34]
表面
アルベドと色
アリエルは天王星の衛星の中で最も反射率が高い。[7]その表面は衝の急増を示しており、反射率は位相角0°（幾何アルベド）での53％から、角度約1°での35％に減少する。アリエルのボンドアルベドは約23％で、天王星の衛星の中で最も高い。[7]アリエルの表面は一般的に無色である。[35]先行半球と後続半球の間には非対称性がある可能性があり、[36]後者は前者よりも2％赤く見える。[g]アリエルの表面は一般的に、アルベドと地質、および色との間に相関関係を示していない。たとえば、峡谷はクレーターのある地形と同じ色をしている。しかし、いくつかの新しいクレーターの周りの明るい衝突堆積物はわずかに青みがかっている。[35] [36]また、わずかに青い斑点もいくつかあるが、これは既知の表面の特徴とは一致しない。[36]
表面の特徴
アリエルの観測された表面は、クレーター地形、尾根地形、平野の3つの地形タイプに分けられます。[37]主な表面の特徴は、衝突クレーター、峡谷、断層崖、尾根、谷です。[38]
クレーター地形は、多数の衝突クレーターで覆われた起伏のある表面で、アリエルの南極を中心としており、月で最も古く、地理的に最も広い地質学的単位です。[37]アリエルの中南部の緯度に主に見られる断崖、峡谷（グラベン）、狭い尾根のネットワークがこれを横切っています。[37]峡谷はチャスマタと呼ばれ、[39]おそらく伸張断層によって形成されたグラベンであり、これは月の内部で水（またはアンモニア水）が凍結したことによって引き起こされた地球規模の張力応力によって生じました（下記参照）。[22] [37]幅は15～50 kmで、主に東または北東方向に伸びています。[37]多くの峡谷の底は凸型で、1～2 km隆起しています。[39]時には、峡谷の底は幅1kmほどの溝（トラフ）によって壁から隔てられている。[39]最も広い地溝には、凸状の底の頂上に沿って溝が走っており、これを谷という。[22]最も長い峡谷はカチナ峡谷で、長さは620kmを超える（この地形は、ボイジャー2号が照らさなかったアリエルの半球まで伸びている）。 [38] [40]
2 つ目の主な地形タイプである尾根地形は、数百キロメートルに及ぶ尾根と谷の帯で構成されています。尾根地形はクレーター地形の境界をなし、多角形に分割します。各帯の幅は最大 25 ～ 70 km で、長さは最大 200 km、間隔は 10 ～ 35 km の尾根と谷が存在します。尾根地形の帯は峡谷の延長を形成することが多く、これは地溝の変形形態であるか、または脆性破壊など、同じ伸張応力に対する地殻の異なる反応の結果である可能性を示唆しています。[37]
アリエルで観測された最も新しい地形は平原である。これは、クレーターの程度が様々であることから判断して、長い年月をかけて形成されたに違いない、比較的標高の低い滑らかな地域である。[37]平原は峡谷の底や、クレーター地形の中央にあるいくつかの不規則な窪みで発見されている。[22]後者の場合、平原はクレーター地形から鋭い境界で区切られており、場合によっては葉状のパターンを呈している。[37]平原の起源は火山活動によるものである可能性が最も高い。平原の直線的な火口形状は陸上のシールド火山に似ており、地形上の境界が明瞭であることから、噴出した液体は非常に粘性が高く、おそらく過冷却水/アンモニア溶液であり、固体氷火山活動の可能性もあることが示唆される。[39]これらの仮想的な氷溶岩流の厚さは1～3 kmと推定されている。[39]したがって、峡谷はアリエルで内因的な表面再形成がまだ起こっていた時代に形成されたに違いありません。[37]これらの地域のいくつかは1億年未満であるように見え、アリエルは比較的小さく、現在は潮汐加熱がないにもかかわらず、地質学的にまだ活発である可能性があることを示唆しています。[41]
アリエルは天王星の他の衛星と比べてクレーターがかなり均等に分布しているように見える。[22]大きなクレーターが比較的少ないこと[h]は、その表面が太陽系の形成当時に形成されたものではないことを示唆しており、これはアリエルがその歴史のある時点で完全に再形成されたに違いないことを意味する。[37]アリエルの過去の地質活動は、その軌道が現在よりも偏心していた時代に、潮汐加熱によって引き起こされたと考えられている。 [27]アリエルで観測された最大のクレーターであるヤンゴールは直径わずか 78 km で[38]、その後の変形の兆候が見られる。 アリエルの大型クレーターはすべて平らな底と中央の山を持ち、明るい噴出物堆積物に囲まれたクレーターはほとんどない。多くのクレーターは多角形であり、その外観が既存の地殻構造の影響を受けていることを示している。クレーター平原には、崩壊した衝突クレーターである可能性のある、直径約100kmの大きな明るい斑点がいくつかあります。これが事実であれば、木星の衛星ガニメデのパリンプセストに似たものになります。[37]南緯10度、東経30度に位置する直径245kmの円形の窪みは、大きく、非常に崩壊した衝突構造であると考えられています。[43]
起源と進化
アリエルは、降着円盤または亜星雲から形成されたと考えられている。これは、天王星の形成後しばらくの間天王星の周囲に存在していたか、またはおそらく天王星に大きな傾斜角を与えた巨大衝突によって形成されたガスと塵の円盤である。[44]亜星雲の正確な構成は不明であるが、土星の衛星と比較して天王星の衛星の密度が高いことから、比較的水が少なかった可能性があることが示唆されている。[i] [22]メタンやアンモニアの代わりに、一酸化炭素（CO）と分子状窒素（N 2 ）の形で、かなりの量の炭素と窒素が存在していた可能性がある。[44]このような亜星雲で形成された衛星には、水氷（クラスレートとして捕捉されたCOとN 2）が少なく、岩石が多く含まれているため、密度が高くなると説明できる。[22]
月が完全に形成されるまで、集積プロセスはおそらく数千年続いた。[44]モデルは、集積に伴う衝突によりアリエルの外層が加熱され、深さ約31 kmで最高温度約195 Kに達したことを示唆している。[45]形成終了後、地下層は冷却され、アリエルの内部は岩石に含まれる放射性元素の崩壊により加熱された。 [22]冷却された表層は収縮し、内部は膨張した。これにより、月の地殻に推定30 MPaに達する強い伸張応力が生じ、亀裂につながった可能性がある。[46]現在の断崖や峡谷の一部は、このプロセスの結果である可能性があり、[37]このプロセスは約2億年続いた。[46]
初期の集積加熱と放射性元素の継続的な崩壊、そしておそらく潮汐加熱が相まって、アンモニア（アンモニア水和物の形態）や何らかの塩などの不凍液が存在していた場合、氷が溶けた可能性がある。[45]融解によって岩石から氷が分離し、氷のマントルに囲まれた岩石の核が形成された可能性がある。[28]溶解したアンモニアを豊富に含む液体の水（海洋）の層が、核とマントルの境界に形成された可能性がある。この混合物の共晶温度は176 Kである。 [28]しかし、海洋ははるか昔に凍結した可能性が高い。水の凍結は内部の膨張につながり、それが峡谷の形成と古代の表面の消失の原因となった可能性がある。[37]海洋からの液体が表面に噴出し、氷火山として知られるプロセスで峡谷の底を浸水させた可能性がある。[45]最近の分析では、天王星の4つの最大の衛星、具体的にはアリエルに活発な海が存在する可能性が高いと結論付けられました。[33]
土星の衛星ディオネは大きさ、密度、表面温度がアリエルに似ているが、その熱モデル化では、アリエルの内部では固体対流が数十億年にわたって続いていた可能性があり、173 K（アンモニア水の融点）を超える温度が形成後数億年にわたって表面近くで持続し、核に近いところでは10億年近く続いた可能性があることを示唆している。[ 37 ]
観察と探索
アリエルの見かけの等級は14.8で、[10]近日点付近の冥王星の等級とほぼ同じです。しかし、冥王星は口径30cmの望遠鏡で見ることができますが、[47]アリエルは天王星の輝きに近いため、口径40cmの望遠鏡では見えないことがよくあります。[48]
アリエルの唯一のクローズアップ画像は、1986年1月に天王星を通過した際に撮影したボイジャー2号探査機によって得られたものである。ボイジャー2号のアリエルへの最接近距離は127,000 km (79,000 mi)で、ミランダを除く他のすべての天王星衛星との距離よりも大幅に短い。[49]アリエルの最高の画像は、約2 kmの空間解像度を持っています。[37]これらの画像は表面の約40%をカバーしていますが、地質図の作成やクレーターの計数に必要な品質で撮影されたのは35%にすぎません。[37]フライバイの時点では、アリエルの南半球は（他の衛星と同様に）太陽に向けられていたため、北半球（暗い方）を研究することはできなかった。[22] [50]カッシーニ宇宙船を天王星に送る可能性は、ミッション延長計画段階で評価されました。[51]土星を出発してから天王星系に到達するまでには約20年かかると予想され、この計画は破棄され、土星に留まり、最終的には土星の大気圏で宇宙船を破壊することが決定されました。[51]
トランジット
2006年7月26日、ハッブル宇宙望遠鏡は、アリエルが天王星を通過する珍しい現象を捉えた。アリエルの影が天王星の雲頂に見える現象である。このような現象は稀で、春分・秋分・冬分・秋分・冬分・春分・秋分・冬...
参照
注記
- ^ 他のパラメータに基づいて計算されます。
- ^半径 rから導かれる表面積 : 。
- ^ 半径rから導かれる体積v : 。
- ^ 表面重力は、質量m、万有引力定数 G、半径rから導かれます 。
- ^ 質量m、重力定数 G、半径rから導かれる脱出速度 ：√ 2Gm/r。
- ^ 5つの主要な衛星は、ミランダ、アリエル、ウンブリエル、ティタニア、オベロンです。
- ^ 色は、緑色（0.52–0.59μm）と紫色（0.38–0.45μm）のボイジャーフィルターを通して見たアルベドの比率によって決まります。[35] [36]
- ^ 直径30km以上のクレーターの表面密度は、アリエルでは100万km2あたり20～70個であるのに対し、オベロンやウンブリエルでは約1800個である。[42]
- ^ 例えば、土星の衛星テティスの密度は0.97 g/cm 3であり、90%以上が水であることを意味します。[8]
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外部リンク
ウィキメディア・コモンズには、アリエル (月)に関連するメディアがあります。
- NASA の太陽系探査サイトでのアリエルのプロフィール
- AN, 33 (1852) 257/258
- ボイジャーの画像から作成されたアリエルベースマップ
- 太陽系の眺めのアリエルのページ（アリエルのラベル付き地図を含む）
- 公開されたアリエル画像のNASAアーカイブ
- ポール・シェンクによるアリエルとその他の太陽系外衛星の 3D 画像と上空飛行ビデオ
- USGS 惑星命名法ウェブサイトの地殻命名法
- テッド・ストライク：天王星の衛星の夜面を解明
