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| 指定 | |||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 発音 | / ˈ dʒ uː p ɪ t ər / [1] | ||||||||||||
名前の由来 | 木星 | ||||||||||||
| 形容詞 | Jovian / ˈ dʒ oʊ v i ə n / | ||||||||||||
| シンボル | .svg/500px-Jupiter_symbol_(bold).svg.png){kind=small} | ||||||||||||
| 軌道特性[2] | |||||||||||||
| エポック J2000 | |||||||||||||
| 遠日点 | 5.4570 AU (8億1636万3000 km ) | ||||||||||||
| 近日点 | 4.9506 AU (7億4059万5000 km) | ||||||||||||
| 5.2038 AU (7億7,847万9,000 km) | |||||||||||||
| 偏心 | 0.0489 | ||||||||||||
| 398.88日 | |||||||||||||
平均軌道速度 | 13.06 km/秒 | ||||||||||||
| 20.020° [4] | |||||||||||||
| 傾斜 | |||||||||||||
| 100.464° | |||||||||||||
| 2023年1月21日[6] | |||||||||||||
| 273.867° [4] | |||||||||||||
| 既知の衛星 | 95（2023年現在[update]）[7] | ||||||||||||
| 身体的特徴[2] [8] [9] | |||||||||||||
| 69,911 km [a ] 地球の10.973 | |||||||||||||
赤道半径 | 71,492 km [a ] 11.209 R 🜨 (地球の) 0.102 76 R ☉ (太陽の) | ||||||||||||
極半径 | 66,854 km [a ] 地球の10.517 | ||||||||||||
| 平坦化 | 0.06487 | ||||||||||||
| 6.1469 × 10 10 km 2 地球の120.4 | |||||||||||||
| 音量 | 1.4313 × 10 15 km 3 [a] 地球の1,321 | ||||||||||||
| 質量 | 1.8982 × 10 27 kg | ||||||||||||
平均密度 | 1.326 g/cm 3 [b] | ||||||||||||
赤道表面重力 | 24.79 m/s 2 2.528 g 0 [a] [引用が必要] | ||||||||||||
| 0.2756 ± 0.0006 [11] | |||||||||||||
赤道脱出速度 | 59.5 km/s [a] | ||||||||||||
| 9.9258時間（9時間55分33秒）[3] | |||||||||||||
| 9.9250時間（9時間55分30秒） | |||||||||||||
赤道回転速度 | 12.6 km/秒 | ||||||||||||
| 3.13°（軌道まで） | |||||||||||||
北極赤経 | 268.057°; 17時間52分14秒[12] | ||||||||||||
北極の偏角 | 64.495° [12] | ||||||||||||
| 0.503 (ボンド) [13] 0.538 (幾何) [14] | |||||||||||||
| 温度 | 88 K (-185 °C) (黒体温度) | ||||||||||||
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| −2.94 [15]から −1.66 [15] | |||||||||||||
| −9.4 [16] | |||||||||||||
| 29.8インチから50.1インチ | |||||||||||||
| 雰囲気[2] | |||||||||||||
表面圧力 | 200～600 kPa（30～90 psi） （不透明雲層）[17] | ||||||||||||
| 27 km (17 マイル) | |||||||||||||
| 体積構成 | |||||||||||||
木星は太陽から5番目で、太陽系で最大の惑星です。木星は太陽系の他のすべての惑星の合計の2.5倍以上の質量を持ち、太陽の1000分の1よりわずかに小さいガス巨星です。直径は地球の11倍、太陽の10分の1です。木星は5.20 AU（778.5 Gm ）の距離を太陽の周りを公転しており 、公転周期は11.86 年。月と金星に次いで地球の夜空で3 番目に明るい自然物体であり、先史時代から観測されてきました。その名前は、古代ローマの宗教の主神である木星に由来しています。
木星は太陽系の惑星の中で最初に形成されたもので、太陽系の原始段階における木星の内側への移動は、他の惑星の形成史に大きく影響を及ぼした。木星の体積の 90% は水素で、次いでヘリウムが質量の 25%、体積の 10% を占める。木星内部の継続的な収縮により、木星が太陽から受け取る熱よりも多くの熱が発生する。木星の内部構造は、流動的な金属水素の外殻と、より密度の高い物質の拡散した内核で構成されていると考えられている。自転速度が速い (10 時間で 1 回転) ため、木星は扁平な回転楕円体であり、赤道付近にわずかだが目立つ膨らみがある。外気は一連の緯度方向の帯に分かれており、それらの相互作用する境界に沿って乱気流や嵐が発生する。この最も顕著な結果は、少なくとも 1831 年以来記録されている巨大な嵐である 大赤斑である。
木星は、かすかな惑星の環に囲まれており、強力な磁気圏を持っています。磁気圏は、太陽系で2番目に大きい連続した構造です（太陽圏に次いで）。木星は、95個の既知の衛星と、おそらくはそれ以上の衛星からなるシステムを形成しています。その中には、1610年にガリレオ・ガリレイによって発見された4つの大きな衛星、イオ、エウロパ、ガニメデ、カリストがあります。4つのうち最大のガニメデは、水星よりも大きいです。カリストは2番目に大きく、イオとエウロパはそれぞれ地球の月とほぼ同じ大きさです。
1973年以来、木星には9機のロボット探査機が訪れている。うち7機はフライバイ、2機は専用周回機で、さらに1機が探査途中、1機は打ち上げを待っている。
名前とシンボル
古代ギリシャとローマの文明では、木星は神々の最高神にちなんで名付けられました。ギリシャではゼウス、ローマではジュピターです。 [18]国際天文学連合は1976年に正式に木星という名前を採用し、それ以来、新たに発見された衛星に神の恋人、寵臣、子孫にちなんで名付けてきました。[19]木星の惑星記号は、.svg/500px-Jupiter_symbol_(fixed_width).svg.png){kind=small}
は、ギリシャ語のゼータに横線⟨Ƶ⟩を引いたもので、ゼウスの略称である。[20] [21]
ラテン語では、IovisはIuppiter、すなわち木星の属格である。これは、ゼウス（「天空の父」）の語源に関連している。英語の同義語であるJoveは、14世紀頃に惑星の詩的な名前として使われるようになったことが知られている。[22]
Jovianは木星の形容詞形です。中世の占星術師が使用した古い形容詞形jovialは「幸せな」または「陽気な」という意味になり、占星術における木星の影響による気分とされています。[23]
元々ギリシャ神話の神ゼウスは、 zeno-という語源を持ち、これはzenographicなど、木星に関連する単語を形成するのに使われています。[c]
形成と移動
木星は太陽系で最も古い惑星であると考えられており、太陽よりわずか100万年遅く、地球より約5000万年前に形成された。[24]現在の太陽系形成モデルは、木星が雪線かそれを超えたところで形成されたことを示唆している。雪線とは、初期の太陽からの距離で、温度が十分に低く、水などの揮発性物質が凝縮して固体になる場所である。 [25]木星は固体の核から始まり、その後ガス状の大気が蓄積した。結果として、木星は太陽系星雲が完全に分散する前に形成されたに違いない。[26]木星の形成中、木星の質量は徐々に増加し、地球の20倍の質量になり、その約半分はケイ酸塩、氷、その他の重元素成分で構成されていた。[24]原始木星が地球の50倍の質量以上に成長したとき、太陽系星雲に隙間ができた。[24] その後、成長中の惑星は300～400万年で最終的な質量に達した。 [24] [26]木星は太陽と同じ元素（水素とヘリウム）でできているため、太陽系は形成初期には複数の原始星のシステムであった可能性が示唆されている。これは非常に一般的であり、木星は2番目だが失敗した原始星である。しかし、太陽系は複数の星のシステムには発展せず、今日の木星は水素を融合するのに十分な質量がないため、原始星または褐色矮星の条件を満たさない。[27] [28] [29] [30]
「グランド・タック仮説」によれば、木星は太陽から約3.5AU（5億2000万km）の距離で形成され始めた。若い惑星が質量を蓄積するにつれて、太陽 を 周回する ガス円盤との相互作用と土星との軌道共鳴により、木星は内側に移動した。[25] [31]これにより、太陽に近い軌道を周回するいくつかのスーパーアースの軌道が乱れ、衝突して破壊的な結果となった。 [32]その後、土星は木星よりも速い速度で内側に移動し始め、2つの惑星が太陽から約1.5AU（2億2000万km）で3:2の平均運動共鳴に捕らえられた。[33]これにより移動方向が変わり、太陽から遠ざかり、内部システムから現在の位置に移動した。[32]これらはすべて300万年から600万年の間に起こり、木星の最終的な移動は数十万年にわたって起こりました。[31] [34]木星が太陽系内から移動したことで、最終的に地球を含む内惑星が瓦礫から形成されました。[35]
グランドタック仮説には未解決の問題がいくつかある。地球型惑星の形成タイムスケールは、測定された元素組成と一致していないように見える。[36]木星が原始太陽系星雲を通過していた場合、太陽にずっと近い軌道に落ち着いた可能性が高い。[37]太陽系形成のいくつかの競合モデルは、木星が現在の惑星に近い軌道特性で形成されると予測している。[26]他のモデルは、木星が18AU（27億km）など、はるかに遠い距離で形成されると予測している。[38] [39]
ニースモデルによれば、太陽系の歴史の最初の6億年間に起こった原始カイパーベルト天体の落下により、木星と土星は最初の位置から1:2の共鳴状態に移行し、その結果土星はより高い軌道に移動し、天王星と海王星の軌道が乱され、カイパーベルトが枯渇し、後期重爆撃が引き起こされた。[40]
研究者らは、木星の組成に基づき、太陽から20～30 AU（30～45億km、19～28億マイル）と推定される窒素分子（N2 ）の雪線の外側、さらには40 AU（60億km、37億マイル）も離れている可能性があるアルゴンの雪線の外側で初期形成されたと主張している。[41] [42]これらの極端な距離の1つで形成された木星は、その後、惑星が形成され始めてから約200万～300万年後の時代に、およそ70万年かけて現在の位置まで内側に移動したと考えられる。 [38] [39]このモデルでは、土星、天王星、海王星は木星よりもさらに外側で形成され、土星も内側に移動したと考えられる。[38]
身体的特徴
木星はガス惑星であり、その化学組成は主に水素とヘリウムである。これらの物質は惑星地質学ではガスとして分類されるが、これは物質の状態を示す用語ではない。木星は太陽系最大の惑星であり、赤道での直径は142,984 km（88,846 mi）で、体積は地球の1,321倍である。[2] [43]平均密度は1.326 g/cm 3 [d]で、 4つの地球型惑星よりも低い。[45] [46]
構成
木星の大気は、質量で約 76% が水素、24% がヘリウムです。体積で見ると、上層大気は水素が約 90%、ヘリウムが 10% ですが、ヘリウムの割合が低いのは、個々のヘリウム原子が、大気のこの部分で形成される水素分子よりも質量が大きいためです。[47]大気には、微量の炭素、酸素、硫黄、ネオンの元素、[48]のほか、アンモニア、水蒸気、ホスフィン、硫化水素、メタン、エタン、ベンゼンなどの炭化水素が含まれています。[49]最外層には、凍結したアンモニアの結晶が含まれています。 [50]惑星の内部はより密度が高く、質量で約 71% が水素、24% がヘリウム、5% がその他の元素で構成されています。[51] [52]
大気中の水素とヘリウムの割合は、原始太陽系星雲の理論的な構成に近い。[53]上層大気中のネオンは質量でわずか20ppmで、太陽の10分の1程度である。[54]木星のヘリウムの豊富さは太陽の約80%であるが、これはこれらの元素がヘリウムを豊富に含む液滴として沈殿し、そのプロセスが惑星内部の深部で起こるためである。[55] [56]
分光法に基づくと、土星は木星と組成が似ていると考えられていますが、他の巨大惑星である天王星と海王星は水素とヘリウムが比較的少なく、酸素、炭素、窒素、硫黄など、次に多い元素が比較的多く含まれています。 [57]これらの惑星は、形成時にこれらの元素が氷として取り込まれたと考えられているため、氷惑星として知られていますが、現在では氷はほとんど含まれていない可能性があります。[58]
サイズと質量
木星は地球の約10倍の大きさです（11.209 R 🜨）で、太陽（ 木星の質量は地球の318倍である[ 2 ]。太陽系の他のすべての惑星を合わせた質量の2.5倍である。木星の重心は太陽の中心から太陽半径の1.068倍のところ、太陽の表面より上にあるほど重い。 [ 59 ] [ 60 ] : 6木星の 半径は太陽の半径の約10分の1であり、[61]質量は太陽の1000分の1である。これは、2つの天体の密度が似ているためである。[62]「木星質量」（M JまたはM Jup ）は、他の天体、特に太陽系外惑星や褐色矮星の質量を表す単位としてよく使用される。例えば、太陽系外惑星HD 209458 bの質量は0.69 M Jですが、褐色矮星グリーゼ229 bの質量は60.4 M Jです。[63] [64]
理論モデルによれば、木星の質量が40%以上多ければ、内部が圧縮され、物質量の増加にもかかわらず体積が減少する。質量の変化が小さい場合、半径は大きく変化しない。[65]その結果、木星の直径は、その構成と進化の歴史を持つ惑星が達成できる大きさとほぼ同じであると考えられる。[66]質量の増加に伴うさらなる収縮のプロセスは、かなりの恒星発火が達成されるまで続く。[67]木星が水素を融合して恒星になるには質量が約75倍必要だが、[68]最小の赤色矮星の半径は土星よりわずかに大きいだけなので、その直径は十分である。[69]
木星は、内部が収縮するケルビン・ヘルムホルツ機構により、太陽放射で受け取る熱よりも多くの熱を放射します。 [70] : 30 [71]このプロセスにより、木星は1年に約1 mm（0.039インチ）縮小します。[72] [73]木星は形成された当時、より高温で、直径は現在の約2倍でした。[74]
内部構造
21世紀初頭まで、ほとんどの科学者は木星の形成について2つのシナリオのいずれかを提唱していた。木星が最初に固体として集積した場合、高密度の核、惑星の半径の約80%まで外側に広がる流動的な金属水素（ヘリウムを含む）の周囲の層、[75] 、および主に分子状水素からなる外層大気で構成される。[73]一方、惑星がガス状の原始惑星系円盤から直接崩壊した場合、核は完全に存在せず、中心までどんどん密度が高くなる流体（主に分子状水素と金属水素）で構成されると予想された。ジュノー計画のデータによると、木星にはマントルに混ざり合う拡散した核があり、惑星の半径の30〜50%に広がり、地球の7〜25倍の質量を持つ重元素で構成されていることが示された。[76] [77] [78] [79] [80]この混合プロセスは、惑星が周囲の星雲から固体とガスを集積する過程で形成された可能性があります。[81]あるいは、木星の形成から数百万年後に地球の約10倍の質量を持つ惑星が衝突し、もともとコンパクトだった木星の核を破壊したことによって引き起こされた可能性もあります。[82] [83]
金属水素の層の外側には透明な水素の内部大気がある。この深さでは、圧力と温度は分子状水素の臨界圧力1.3 MPaと臨界温度33 K (-240.2 °C ; -400.3 °F ) を超えている。[84]この状態では、明確な液体相と気体相は存在せず、水素は超臨界流体状態にあると言われている。雲層から下方に広がる水素とヘリウムのガスは、より深い層で徐々に液体に変化し、液体水素とその他の超臨界流体の海のようなものに似ている可能性がある。[70] : 22 [85] [86] [87]物理的には、深さが増すにつれてガスは徐々に高温と高密度になる。[88] [89]
ヘリウムとネオンの雨のような液滴が下層大気を通って下方に降り注ぎ、上層大気中のこれらの元素の豊富さを枯渇させます。[55] [90]計算によると、ヘリウムの液滴は半径60,000 km (37,000 mi) (雲頂下11,000 km (6,800 mi)) で金属水素から分離し、50,000 km (31,000 mi) (雲下22,000 km (14,000 mi)) で再び融合します。[91]ダイヤモンドの降雨は、土星[92]や氷の巨星である天王星と海王星でも発生することが示唆されています。 [93]
木星内部の温度と圧力は、惑星形成時の熱が対流によってのみ逃げられることから、内側に向かって着実に増加している。[56]大気圧が1 bar（0.10 MPa）の表面深度では、温度は約165 K（-108 °C、-163 °F）である。超臨界水素が分子流体から金属流体に徐々に変化する領域は、圧力範囲が50～400 GPa、温度がそれぞれ5,000～8,400 K（4,730～8,130 °C、8,540～14,660 °F）である。木星の希薄核の温度は20,000 K（19,700 °C、35,500 °F）で、圧力は約4,000 GPaと推定されている。[94]
雰囲気
木星の大気は主に分子状水素とヘリウムで構成されており、水、メタン、硫化水素、アンモニアなどの他の化合物も少量含まれています。[95]木星の大気は雲層の下約3,000 km（2,000マイル）の深さまで広がっています。[94]
雲層
木星は、常にアンモニア結晶の雲で覆われており、その中には硫化アンモニウムも含まれている可能性がある。[96]雲は大気圏界面層にあり、異なる緯度に帯状の雲を形成し、熱帯地域として知られている。これらは、より明るい色の帯とより暗い帯に細分化されている。これらの相反する循環パターンの相互作用により、嵐や乱気流が発生する。帯状ジェット気流では、風速100メートル/秒（360 km/h、220 mph）が一般的である。[97]帯の幅、色、強度は年ごとに変化することが観測されているが、科学者が名前を付けられるほど安定している。[60] : 6
雲層は深さ約 50 km (31 マイル) で、少なくとも 2 層のアンモニア雲から構成されています。上部は薄く、透明度の高い領域で、下部は厚くなっています。アンモニア雲の下には薄い水雲の層がある可能性があり、これは木星の大気圏で検出された稲妻の閃光から推測できます。 [98]これらの放電は、地球の稲妻の 1000 倍の強さになることがあります。[99]水雲は、地球の雷雨と同じように、内部から上昇する熱によって雷雨を発生させると考えられています。[100]ジュノー計画では、大気圏の比較的高いところにあるアンモニア水雲から発生する「浅い稲妻」の存在が明らかになりました。[101]これらの放電は、氷で覆われた水とアンモニアの泥の「マッシュボール」を運び、大気圏の奥深くまで落下します。[102] 木星の上層大気では、約1.4ミリ秒続く明るい閃光である上層大気雷が 観測されている。これらは「エルフ」または「スプライト」と呼ばれ、水素の影響で青やピンク色に見える。[103] [104]
木星の雲のオレンジ色と茶色は、太陽からの紫外線にさらされると色が変わる上昇化合物によって生じます。正確な構成は不明ですが、物質はリン、硫黄、または炭化水素で構成されていると考えられています。[70] : 39 [105]これらのカラフルな化合物はクロモフォアと呼ばれ、下層デッキの暖かい雲と混ざります。明るい色の領域は、上昇対流細胞が結晶化したアンモニアを形成し、クロモフォアが見えなくなることで形成されます。 [106]
木星は軸の傾きが小さいため、極が受ける太陽放射は惑星の赤道地域よりも常に少なくなります。惑星内部の対流によりエネルギーが極に運ばれ、雲層の温度が均衡します。 [60] : 54
大赤斑とその他の渦
木星のよく知られた特徴は、大赤斑である[107]。これは、赤道から南に22度に位置する持続的な高気圧性の嵐である。この現象は1831年に初めて観測され、 [108]、おそらく1665年には観測されていた。 [109] [ 110]ハッブル宇宙望遠鏡の画像には、大赤斑に隣接するさらに2つの「赤い斑点」が写っている。[111] [112]この嵐は、口径12cm以上の地上望遠鏡で見ることができる。 [113]この楕円形の物体は反時計回りに回転し、周期は約6日である。[114]この嵐の最高高度は、周囲の雲頂から約8km（5マイル）である。[115]この斑点の成分と赤色の源は不明であるが、光分解したアンモニアがアセチレンと反応した可能性が考えられる。[116]
大赤斑は地球より大きい。[117] 数学モデルは、この嵐が安定しており、地球の恒久的な特徴となることを示唆している。[118]しかし、発見されて以来、その大きさは大幅に縮小している。1800年代後半の最初の観測では、その直径は約41,000 km (25,500 mi) であることが示された。 1979年のボイジャー接近通過の時点では、嵐の長さは23,300 km (14,500 mi)、幅約13,000 km (8,000 mi) であった。[119] 1995年のハッブル宇宙望遠鏡による観測では、その大きさは20,950 km (13,020 mi) に縮小しており、2009年の観測では大きさが17,910 km (11,130 mi) であることが示された。 2015年の時点で[update]、この嵐の大きさはおよそ16,500 x 10,940 km（10,250 x 6,800マイル）と測定されており、[119]毎年約930 km（580マイル）ずつ減少している。[117] [120] 2021年10月、ジュノーのフライバイミッションにより大赤斑の深さが測定され、約300～500キロメートル（190～310マイル）であることが示された。[121]
ジュノー計画は、木星の両極にいくつかの極低気圧群があることを示している。北の群には9つの低気圧があり、中央に大きな1つ、その周囲に8つの低気圧がある。一方、南の群も中心渦から成り、その周囲を5つの大きな嵐と1つの小さな嵐が取り囲み、合計7つの嵐がある。[122] [123]
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2000年、南半球に大赤斑に似た外観だが小さい大気現象が発生した。これは、小さな白い楕円形の嵐が合体して1つの現象を形成した際に発生した。この3つの小さな白い楕円は1939年から1940年にかけて形成された。合体した現象はオーバルBAと名付けられた。その後、この現象は強度を増し、白から赤に変化したため、「小赤斑」というニックネームが付けられた。[124] [125]
2017年4月、木星の北極の熱圏に「大冷斑」が発見された。この特徴は、直径24,000 km（15,000マイル）、幅12,000 km（7,500マイル）で、周囲の物質よりも200 °C（360 °F）低温である。この斑点は、短期間で形や強度が変化するが、15年以上にわたって大気圏でその位置を維持している。これは、大赤斑に似た巨大な渦である可能性があり、地球の熱圏の渦のように準安定しているように見える。この特徴は、イオから生成された荷電粒子と木星の強力な磁場との相互作用によって形成され、熱流の再分配をもたらす可能性がある。[126]
磁気圏
木星の磁場は太陽系のどの惑星よりも強く、[106]双極子モーメントは 4.170ガウス(0.4170 mT )で、自転極に対して 10.31° の角度で傾いています。表面磁場の強さは 2 ガウス (0.20 mT) から 20 ガウス (2.0 mT) まで変化します。[127]この磁場は、流体の金属水素核内の渦電流(導電性物質の渦巻き運動)によって生成されると考えられています。木星から木星半径の約 75 倍のところで、磁気圏と太陽風の相互作用により、バウショックが発生します。木星の磁気圏を取り囲むのは磁気圏界面であり、磁気圏とバウショックの間の領域である磁気鞘の内縁に位置しています。太陽風はこれらの領域と相互作用し、木星の風下側の磁気圏を長く伸ばし、土星の軌道にほぼ達するまで外側に広げます。木星の4つの最大の衛星はすべて磁気圏内を周回しており、太陽風から保護されています。[70] : 69
衛星イオの火山は多量の二酸化硫黄を放出し、その軌道に沿ってガストーラスを形成する。このガスは木星の磁気圏内で電離し、硫黄イオンと酸素イオンを生成する。これらは木星の大気から発生する水素イオンとともに、木星の赤道面にプラズマシートを形成する。シート内のプラズマは木星とともに回転し、双極子磁場を磁気円盤磁場に変形させる。プラズマシート内の電子は、0.6～30 MHzの範囲で短く重なり合ったバーストを伴う強力な電波シグネチャを生成する。これは、一般向け短波ラジオ受信機で地球から検出可能である。[128] [129]イオがこのトーラスを通過すると、相互作用によってアルヴェーン波が発生し、電離物質を木星の極域に運ぶ。その結果、サイクロトロンメーザー機構を通じて電波が生成され、そのエネルギーは円錐形の表面に沿って放射される。地球がこの円錐と交差すると、木星からの電波放射は太陽の電波出力を上回る可能性がある。[130]
惑星の環
木星には、ハローと呼ばれる粒子の内側のトーラス、比較的明るいメインリング、外側の薄いリングの3つの主要な部分からなる、かすかな惑星リングシステムがあります。 [132]これらのリングは塵でできているように見えますが、土星のリングは氷でできています。[70] : 65 メインリングは、惑星の強い重力の影響により木星に引き込まれた衛星アドラステアとメティスから放出された物質でできている可能性が最も高いです。追加の衝突により新しい物質が追加されます。 [133]同様に、衛星テーベとアマルテアは、塵に覆われた薄いリングの2つの異なる要素を生成すると考えられています。[133]同じ衛星の軌道に沿って連なったアマルテアからの衝突破片で構成されている可能性のある4番目のリングの証拠があります。[134]
軌道と回転
木星は、太陽の重心が太陽の体積の7%しか外側にない唯一の惑星である。 [135] [136]木星と太陽の平均距離は7億7800万km（木星は、太陽から約5.2 AU離れており、11.86年で一周する。これは土星の公転周期の約5分の2に相当し、近軌道共鳴を形成している。[137]木星の軌道面は、地球に比べて1.30°傾いている。軌道離心率は0.049であるため、木星は近日点では遠日点よりも太陽に7500万km強近くなり、[2]つまり軌道はほぼ円形である。この低い離心率は、木星サイズの非常に高い離心率を持つ惑星を発見した太陽系外惑星の発見とは矛盾している。モデルは、これは太陽系に巨大惑星が2つしかないためである可能性を示唆しており、3つ目以上の巨大惑星が存在すると、より大きな離心率を引き起こす傾向がある。[138]
木星の軸の傾きは3.13°と比較的小さいため、地球や火星の季節に比べると木星の季節は重要ではありません。[139]
木星の自転は太陽系の惑星の中で最も速く、10時間弱で自転を完了します。これにより、アマチュア望遠鏡で簡単に見える赤道の膨らみが形成されます。木星は固体ではないため、その上層大気は差動回転を起こします。木星の極大気の自転は、赤道大気の自転よりも約5分長くなっています。[140]木星は扁平回転楕円体であり、赤道の直径は、極間の直径よりも長いことを意味します。[89]木星では、赤道直径は極直径よりも9,276 km（5,764マイル）長いです。[2]
惑星の自転を追跡するための基準フレームとして、特に大気の動きをグラフ化するときに、3つのシステムが使用されています。システムIは、北緯7度から南緯7度の緯度に適用され、その周期は惑星の最短の9時間50分30秒です。システムIIは、これらの北と南の緯度に適用され、その周期は9時間55分40.6秒です。[141]システムIIIは、電波天文学者によって定義され、惑星の磁気圏の回転に対応しています。その周期は木星の公式の自転です。[142]
観察
木星は通常、空で4番目に明るい天体です（太陽、月、金星に次ぐ）[106]が、衝の時には火星が木星よりも明るく見えることがあります。地球に対する木星の位置に応じて、衝の時には視等級が-2.94から太陽との合の時には-1.66まで明るくなります。[15]平均視等級は-2.20で、標準偏差は0.33です。[15]木星の角直径も同様に50.1秒角から30.5秒角まで変化します。[2]好ましい衝は、木星が軌道の近日点を通過し、地球に近づくときに発生します。[143]衝に近づくと、木星は約121日間逆行運動をしているように見え、9.9°の角度で後退してから順行運動に戻ります。 [144]
木星の軌道は地球の軌道の外側にあるため、地球から見た木星の位相角は常に11.5°未満です。そのため、地球上の望遠鏡で見ると、木星は常にほぼ完全に照らされて見えます。木星の三日月形の画像が得られたのは、木星への宇宙探査ミッションのときだけでした。[145]小型の望遠鏡では通常、木星の4つのガリレオ衛星と木星の大気を横切る目立つ雲帯が見えます。口径4〜6インチ（10〜15 cm）の大型の望遠鏡では、地球を向いた木星の大赤斑が見えます。[146] [147]
歴史
望遠鏡以前の研究
木星の観測は、少なくとも紀元前7世紀または8世紀のバビロニアの天文学者にまで遡る。 [148]古代中国人は木星を「隋星」（Suìxīng歲星）と呼び、木星が 太陽の周りを一周するのにかかるおおよその年数に基づいて、 12の地上支の周期を確立した。中国語では、年齢を指すときに今でもその名前（歲と簡略化）を使用している。紀元前4世紀までには、これらの観測は中国の黄道帯に発展し、[149]各年は、夜空の木星の位置の反対側の天の領域を制御する太歳の星と神に関連付けられるようになった。これらの信念は、いくつかの道教の宗教的慣習や東アジアの黄道帯の十二支に残っている。中国の歴史家、習沢宗は、古代中国の天文学者甘徳[150]が木星と「同盟関係にある」小さな星について報告したと主張している[151] 。これは木星の衛星の1つを肉眼で見た可能性を示している可能性がある。もしこれが本当なら、これはガリレオの発見より2千年近くも前のことになる。[152] [153]
2016年の論文によると、紀元前50年以前のバビロニア人は、黄道に沿った木星の速度を積分するために台形法則を使用していたと報告されています。[154] 2世紀の著作『アルマゲスト』で、ヘレニズム時代の天文学者クラウディオス・プトレマイオスは、地球に対する木星の運動を説明するために、従円と周転円に基づく地心惑星モデルを構築し、木星が地球を公転する周期を4332.38日、つまり11.86年としました。[155]
地上望遠鏡による研究
1610年、イタリアの博学者ガリレオ・ガリレイは望遠鏡を使って木星の4つの最大の衛星（現在ではガリレオ衛星として知られている）を発見した。これは地球以外の衛星の初めての望遠鏡による観測だと考えられている。ガリレオの翌日、シモン・マリウスが独自に木星の衛星を発見したが、彼がその発見を本に発表したのは1614年になってからだった。 [156]しかし、主要な衛星に付けられた名前はマリウスが命名したもので、イオ、エウロパ、ガニメデ、カリストだった。この発見は、惑星の運動に関するコペルニクスの 太陽中心説を支持する大きな論点となった。ガリレオはコペルニクス説を公然と支持したため、異端審問で裁判にかけられ、有罪判決を受けた。[157]
1639年の秋、ナポリの光学技師フランチェスコ・フォンターナは、自作の22口径の望遠鏡をテストし、惑星の大気の特徴的な帯を発見しました。[158]
1660年代、ジョヴァンニ・カッシーニは新しい望遠鏡を使って木星の大気中の斑点を発見し、木星が扁平に見えることを観察して、その自転周期を推定した。[159] 1692年、カッシーニは大気が差動回転を起こすことに気づいた。[160]
大赤斑は1664年にロバート・フックによって、1665年にはカッシーニによって観測された可能性があるが、これには異論がある。薬剤師ハインリッヒ・シュヴァーベは1831年に大赤斑の詳細を示す最も古い既知の図面を作成した。[161]大赤斑は1665年から1708年の間に何度か見えなくなったと伝えられているが、1878年にかなり目立つようになった。 [162] 1883年と20世紀初頭に再び薄れてきたことが記録されている。[163]
ジョヴァンニ・ボレッリとカッシーニは木星の衛星の運動を詳細に表にまとめ、衛星が木星の前または後ろを通過するタイミングを予測できるようにした。1670年代までにカッシーニは木星が地球から見て太陽の反対側にあるとき、これらの現象は予想より約17分遅れて起こることを観測した。オーレ・レーマーは光は瞬時に移動しない（カッシーニはこれを以前に否定していた）と推論し、[52]この時間のずれを利用して光速を推定した。[164] [165]
1892年、E・E・バーナードはカリフォルニア州リック天文台の36インチ（910 mm）屈折望遠鏡で木星の5番目の衛星を観測した。この衛星は後にアマルテアと名付けられた。[166]これは望遠鏡を通して肉眼で直接発見された最後の惑星の衛星であった。[167] 1979年のボイジャー1号探査機のフライバイの前に、さらに8つの衛星が発見された。 [e]
1932年、ルパート・ワイルドは木星のスペクトルにアンモニアとメタンの吸収帯を発見した。 [168] 1938年には、「白い楕円」と呼ばれる3つの長寿命の高気圧が観測された。数十年の間、それらは大気中で別々の特徴として存在し、時には互いに近づくことはあっても融合することはなかった。最終的に、1998年に2つの楕円が融合し、2000年に3つ目を吸収してオーバルBAとなった。[169]
電波望遠鏡の研究
1955年、バーナード・バークとケネス・フランクリンは、木星が22.2MHzの周波数で電波バーストを発していることを発見した。[70] : 36 これらのバーストの周期は木星の自転と一致しており、彼らはこの情報を使って木星の自転速度のより正確な値を決定した。木星からの電波バーストには、数秒続く長いバースト（Lバースト）と、100分の1秒未満しか続かない短いバースト（Sバースト）の2つの形式があることが判明した。[170]
科学者たちは木星から送信された3つの形式の無線信号を発見しました。
- デカメートル電波バースト（波長数十メートル）は木星の自転によって変化し、イオと木星の磁場の相互作用の影響を受ける。[171]
- デシメトリック電波放射（波長はセンチメートルで測定される）は、 1959年にフランク・ドレイクとハイン・フヴァトゥムによって初めて観測されました。 [70] : 36 この信号の起源は、木星の赤道の周りのトーラス状のベルトであり、木星の磁場で加速された電子からサイクロトロン放射を生成します。 [172]
- 熱放射は木星の大気中の熱によって生成される。[70] : 43
探検
木星には、1973年に宇宙探査機パイオニア10号が木星に十分接近してその特性や現象についての啓示を送信して以来、自動化された宇宙船が訪れている。 [173] [174]木星へのミッションはエネルギーを消費して達成され、これは宇宙船の速度の純変化、すなわちデルタvで表わされる。地球から木星へのホーマン遷移軌道に低地球軌道から入るには、6.3 km/sのデルタvが必要であり、[175]これは低地球軌道に到達するのに必要な9.7 km/sのデルタvに匹敵する。[176]惑星フライバイによる重力アシストは、木星に到達するために必要なエネルギーを減らすために使用できる。[177]
フライバイミッション
1973年以降、いくつかの宇宙船が惑星フライバイ操作を行い、木星の観測範囲内に入った。パイオニア計画は木星の大気といくつかの衛星の初めての拡大画像を得た。木星付近の放射線場は予想よりもはるかに強いことがわかったが、2機の宇宙船はその環境に耐えることができた。これらの宇宙船の軌道は木星系の質量推定値を改善するために使用された。惑星による電波掩蔽により、木星の直径と極の平坦化量のより正確な測定が行われた。[60] : 47 [179]
6年後、ボイジャー計画はガリレオ衛星に関する理解を大きく前進させ、木星の環を発見した。また、大赤斑が高気圧性であることも確認された。画像を比較すると、大赤斑はパイオニア計画以降、オレンジ色から暗褐色へと色合いが変化していたことがわかった。イオの軌道に沿ってイオン化原子のトーラスが発見され、これは月の表面で噴火している火山から来ていることが判明した。宇宙船が惑星の背後を通過すると、夜側の大気で稲妻の閃光を観測した。[60] : 87 [180]
木星に遭遇した次のミッションは、太陽探査機ユリシーズだった。1992年2月、ユリシーズは太陽の周りの極軌道に到達するためにフライバイ操作を実行した。この通過中、探査機は木星の磁気圏を調査したが、惑星を撮影するためのカメラは搭載されていなかった。探査機は6年後に木星を通過したが、今回ははるかに遠い距離であった。[178]
2000年、カッシーニ探査機は土星に向かう途中で木星を通過し、より高解像度の画像を提供した。[181]
ニューホライズンズ探査機は2007年に冥王星に向かう途中で重力アシストのために木星を通過した。[182]探査機のカメラはイオの火山からのプラズマ出力を測定し、ガリレオ衛星4つすべてを詳細に調査した。[183]
ガリレオミッション
木星を周回した最初の宇宙船はガリレオ計画で、1995年12月7日に木星に到着した。[66]木星の周回軌道に7年以上留まり、ガリレオ衛星とアマルテアのすべてを複数回フライバイした。また、1994年に木星に衝突したシューメーカー・レヴィ第9彗星の衝突も目撃した。ガリレオの高利得アンテナの故障により、ミッションの目的のいくつかは達成されなかった。 [184]
1995年7月、 340キログラムのチタン製大気探査機が木星の大気圏に突入し、12月7日に大気圏に入った。[66]探査機は150km (93マイル)の大気圏を時速約2,575km (1,600マイル)の速度でパラシュートで降下し、探査機が破壊されるまで57.6分間データを収集した。[185]ガリレオ探査機自体も、2003年9月21日に意図的に木星に突入し、同様の運命をより急速にたどった。NASAは、生命が存在する可能性のあるエウロパの衛星に探査機が衝突して汚染する可能性を回避するために、探査機を破壊した。[184]
このミッションのデータから、木星の大気の最大90%が水素で構成されていることが明らかになった。[66]記録された温度は300℃（570℉）以上、探査機が蒸発する前の風速は644km/h（>400mph）以上であった。[66]
ジュノミッション
NASAのジュノー計画は、2016年7月4日に木星に到着し、極軌道から惑星を詳細に調査することを目標としました。この探査機は当初、20か月間にわたって木星を37周する予定でした。[186] [78] [187]ミッション中、探査機は木星の磁気圏からの高レベルの放射線にさらされ、特定の機器が故障する可能性があります。[188] 2016年8月27日、探査機は木星への最初のフライバイを完了し、木星の北極の史上初の画像を送信しました。[189]
ジュノーは予算上のミッション計画が終了する2018年7月までに12回の周回を完了した。[190]その年の6月、NASAはミッション運用計画を2021年7月まで延長し、その年の1月にはミッションは2025年9月まで延長され、4回の月フライバイ（ガニメデ1回、エウロパ1回、イオ2回）が予定されている。[191] [192]ジュノーがミッションの終了に到達すると、制御された軌道離脱を行い、木星の大気圏に分解する。これにより、木星の衛星との衝突のリスクを回避することができる。[193] [194]
中止されたミッションと今後の計画
木星のより大きな氷の衛星を調査するミッションには大きな関心が寄せられており、それらの衛星には地下に液体の海がある可能性がある。[195]資金調達の難しさから進捗が遅れ、NASAのJIMO（木星氷衛星探査機）は2005年に中止された。[196]その後、NASAとESAの共同ミッションであるEJSM/Laplaceの提案がなされ、暫定的な打ち上げ日は2020年頃とされた。EJSM/Laplaceは、NASA主導の木星エウロパ探査機とESA主導の木星ガニメデ探査機で構成される予定だった。[197]しかし、ESAはNASAの予算問題とミッションスケジュールへの影響を理由に、2011年4月に正式にパートナーシップを終了した。代わりに、ESAはL1コズミックビジョン選考に参画するため、ヨーロッパのみのミッションを進めることを計画した。[198]これらの計画は、2023年4月14日に打ち上げられた欧州宇宙機関の木星氷衛星探査機（JUICE）として実現され、[199]続いて2024年に打ち上げが予定されているNASAのエウロパ・クリッパー・ミッションが続く。[200]
提案されている他のミッションには、中国国家航天局の天問4号ミッションがあり、これは2035年頃に木星系とおそらくカリストへの周回衛星の打ち上げを目指している[201] 。また、CNSAの星間エクスプレス[202]とNASAの星間探査機[203]は、どちらも木星の重力を利用して太陽圏の端に到達することを目指している。
月
木星には95個の天然衛星が知られており[7]、観測機器の改良により将来この数は増加する可能性がある。[204]このうち79個は直径10km未満である。[7] 4つの最大の衛星はガニメデ、カリスト、イオ、エウロパ（大きさの降順）で、総称して「ガリレオ衛星」と呼ばれ、晴れた夜には地球から双眼鏡で見ることができる。[205]
ガリレオ衛星
ガリレオが発見した衛星、イオ、エウロパ、ガニメデ、カリストは、太陽系でも最大級の衛星である。イオ、エウロパ、ガニメデの軌道はラプラス共鳴と呼ばれるパターンを形成している。イオが木星の周りを4周するごとに、エウロパはちょうど2周、ガニメデはちょうど1周する。この共鳴により、3つの大きな衛星の重力効果により、軌道が楕円形に歪む。これは、各衛星が周回するたびに同じ地点で隣の衛星から余分な引力を受けるためである。一方、木星からの潮汐力は、軌道を円形にしようとする。 [206]
軌道の偏心により、3つの衛星の形状は規則的に曲がっており、木星の重力により、衛星は木星に近づくにつれて引き伸ばされ、離れるにつれて球形に近い形に戻る。この潮汐力による屈曲によって生じる摩擦により、衛星内部で熱が発生する。 [207]これは、イオ（最も強い潮汐力を受ける）の火山活動で最も劇的に見られ、 [207]また、エウロパの表面の地質学的若さにも、それほど顕著ではないが見られ、これは衛星の外部が最近再表面化したことを示す。[208]
分類
木星の衛星は、従来、軌道要素の類似性に基づいて4つのグループに分類されていました。[209]この図式は、1999年以降、多数の小さな外衛星が発見されたことで複雑になっています。木星の衛星は現在、いくつかの異なるグループに分かれていますが、どのグループにも属さない衛星が2つ知られています（テミストとヴァレトゥド）。[210]
最も内側にある8つの規則衛星は、木星の赤道面近くをほぼ円形の軌道で回っており、木星のそばで形成されたと考えられている。一方、残りは不規則衛星であり、捕獲された小惑星または捕獲された小惑星の破片であると考えられている。各グループ内の不規則衛星は、おそらくより大きな衛星または捕獲された天体が崩壊したため、共通の起源を持つ可能性がある。[211] [212]
太陽系との相互作用
8つの惑星の中で最も質量が大きい木星の重力の影響は、太陽系の形成に大きく寄与している。水星を除いて、太陽系の惑星の軌道は太陽の赤道面よりも木星の軌道面に近い。小惑星帯のカークウッドの隙間は主に木星によって生じており、[217]内部太陽系の歴史において、木星が後期重爆撃を引き起こした可能性がある。 [218]
木星の重力場は、衛星に加えて、太陽の周りを公転する惑星の前後に位置するラグランジュ点の周囲に定着した多数の小惑星も制御している。これらはトロヤ小惑星として知られ、イリアスにちなんでギリシャとトロヤの「陣営」に分けられている。最初の小惑星である588アキレスは、1906年にマックス・ウルフによって発見され、それ以来2000以上の小惑星が発見されている。[219]最大のものは624ヘクトルである。[220]
木星族は木星よりも半径が小さい彗星として定義され、ほとんどの短周期彗星はこのグループに属します。木星族のメンバーは海王星の軌道の外側のカイパーベルトで形成されると考えられています。木星に接近すると、周期が短い軌道に乱され、その後、太陽と木星との定期的な重力相互作用によって円形になります。[221]
影響
木星は、その巨大な重力井戸と太陽系内部に近い位置から、太陽系の掃除機と呼ばれている[222] 。彗星などの衝突は、太陽系の他のどの惑星よりも木星に多く発生する。 [223]例えば、木星は地球よりも約200倍多くの小惑星や彗星の衝突を経験している。[66]過去には、科学者は木星が彗星の衝突から内部系を部分的に保護していると信じていた。[66]しかし、2008年のコンピューターシミュレーションでは、木星の重力が彗星の軌道を内側に摂動させる頻度は、彗星を降着または放出する頻度とほぼ同じであるため、内部太陽系を通過する彗星の数の純減を引き起こしていないことが示唆されている。[224]このトピックは科学者の間でも議論の余地があり、カイパーベルトから彗星を地球に引き寄せていると考える人がいる一方で、木星は地球をオールトの雲から守っていると考える人もいる。[225]
1994年7月、シューメーカー・レヴィ第9彗星が木星に衝突した。[226] [227]この衝突はハッブル宇宙望遠鏡やガリレオ宇宙船を含む世界中の観測所によって詳細に観測された。 [228] [229] [230] [231]この出来事はメディアで広く報道された。[232]
初期の天文学的記録と図面の調査により、1664年から1839年の間に衝突の可能性がある観測例が8つ発見された。しかし、1997年の再調査では、これらの観測が衝突の結果である可能性はほとんどないか、まったくないと判断された。このチームによるさらなる調査により、1690年に天文学者ジョヴァンニ・カッシーニが発見した暗い表面の特徴が衝突の傷跡である可能性があることが明らかになった。[233]
文化の中で
木星の存在は古代から知られていました。木星は夜空では肉眼で見ることができ、太陽が低い昼間にも時折見ることができます。[234]バビロニア人にとって、この惑星は彼らの神マルドゥクを表していました。 [235 ] マルドゥクはハンムラビ時代の彼らの神々の長でした。 [236]彼らは黄道に沿った木星のおよそ12年の軌道を利用して、黄道帯の星座を定義しました。[235]
この惑星の神話上のギリシャ名はゼウス(Ζεύς) で、ディアス(Δίας)とも呼ばれ、現代ギリシャ語でもその惑星名が残されている。[237]古代ギリシャ人はこの惑星を「輝く者」または「燃える星」を意味するファエトン( Φαέθων ) として知っていた。 [238] [239]ホメロス時代のゼウスのギリシャ神話は、セム族のエルやバアル、シュメールのエンリル、バビロニアの神マルドゥクなど、特定の近東の神々と特に類似している。 [240]この惑星とギリシャの神ゼウスとの関連は近東の影響から生まれたもので、紀元前4世紀までに完全に確立され、プラトンと同時代の人々の『エピノミス』に記録されている。 [241]
ユピテル神はローマ神話のゼウスの相棒であり、ローマ神話の主神である。ローマ人はもともとユピテルを「ユピテルの星」（Iuppiter Stella）と呼んでいた。ユピテルは同名の神に神聖なものだと信じていたからである。この名前は、インド・ヨーロッパ祖語の呼格複合語 * Dyēu-pəter（主格： * Dyēus -pətēr、「父なる天空神」または「父なる昼神」を意味する）に由来する。[242]ローマ神話の最高神であるユピテルは、雷、稲妻、嵐の神であり、光と空の神と呼ばれていた。[243]
ヴェーダ占星術では、ヒンズー教の占星術師は、神々の宗教的教師であるブリハスパティにちなんでこの惑星に名前を付け、しばしば「教師」を意味する「グル」と呼んだ。[244] [245]中央アジアのトルコ神話では、木星はエレン（意味不明）とユルトゥズ（「星」）から、エレンディズまたはエレンテュズと呼ばれている。トルコ人は木星の公転周期を11年300日と計算した。彼らは、いくつかの社会的および自然的出来事が天空のエレンテュズの動きに関連していると信じていた。[246]中国人、ベトナム人、韓国人、日本人は、中国の五行に基づいて、この惑星を「木の星」（中国語：木星、ピンイン：mùxīng）と呼んだ。[247] [248] [249]中国では、中国の天文学者が、この星が毎年1つの星座を移動する（修正あり）ことに気づいたため、「年星」（Sui-sing）として知られるようになった。一部の古代中国の文献では、年は原則として木星の星座と相関して命名されている。[250]
参照
- 木星の概要 – 木星の概要とトピックガイド
- 偏心木星 – 偏心軌道で恒星を周回する木星系惑星
- ホットジュピター – 恒星の近くを周回する高質量惑星のクラス
- 超木星 – 木星よりも質量が大きい惑星のクラス
- 木星と冥王星の重力効果 – 天文学上のデマ
- 太陽系の重力的に丸い天体のリスト
注記
参考文献
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α
= 50.25での HBMM は
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M
☉であり、... 金属量がゼロの HBMM は 0.092
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☉
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さらに読む
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外部リンク
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Wikiversity からのリソース
- NASA科学ミッション局による木星の概要
- Tony Dunn の Gravity Simulator ウェブサイトからの木星の 62 個の衛星のシミュレーション。
- カリフォルニア大学サンタクルーズ校図書館のデジタル コレクションにある、リック天文台記録デジタル アーカイブからの 1920 年代頃の木星の写真。
- 木星系のインタラクティブな 3D 重力シミュレーション。
- アマチュア天文学者による2010 年の木星衝突イベントのYouTubeビデオ。
- NASAによるジュノー宇宙船によるガニメデと木星のフライバイの YouTube アニメーション。
