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ウンブリエル（/ ˈʌmbriəl / ）は、天王星の3番目に大きな衛星です。 1851年10月24日、ウィリアム・ラッセルによって、隣の衛星アリエルと同時に発見されました。名前は、アレクサンダー・ポープの1712年の詩「髪の毛の強奪」の登場人物にちなんで付けられました。ウンブリエルは主に氷で構成され、かなりの量の岩石も含まれており、岩石質の核と氷質の地殻に分かれている可能性があります。表面は天王星の衛星の中で最も暗く、主に衝突によって形成されたように見えますが、峡谷の存在は、初期の内部プロセスを示唆しています。この衛星は、古い表面を消し去る初期の内部要因による表面更新イベントを経験した可能性があります。
ウンブリエルは、直径210km （130マイル）にも達する多数の衝突クレーターに覆われており、オベロンに次いで天王星で2番目にクレーターが多い衛星です。表面で最も目立つ特徴は、ウンダ・クレーターの底にある明るい物質の環です。この衛星は、天王星の他の通常の衛星と同様に、惑星形成直後に惑星を取り囲んでいた降着円盤から形成されたと考えられています。ウンブリエルは、1986年1月に探査機ボイジャー2号によって一度だけ近距離から調査されました。ボイジャー2号はウンブリエルの画像を複数枚撮影し、衛星表面の約40%の地図を作成することができました。
ウンブリエルは、もう一つの天王星の衛星アリエルとともに、 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。[ 10 ] [ 11 ] [ 12 ]ティタニアとオベロンの発見者であるウィリアム・ハーシェルは、18世紀末に天王星の衛星をさらに4つ観測したと主張したが、[ 13 ]彼の観測は確認されず、これらの4つの天体は現在偽物と考えられている。[ 14 ]
天王星の衛星はすべて、ウィリアム・シェイクスピアまたはアレクサンダー・ポープによって創造されたキャラクターにちなんで名付けられています。当時知られていた天王星の4つの衛星の名前はすべて、1852年にラッセルの依頼でジョン・ハーシェル（ウィリアムの息子）によって提案されましたが、 [ 15 ]ハーシェルが名前を考案したのか、ラッセルが考案してからハーシェルの許可を求めたのかは不明です。[ 16 ]ウンブリエルは、アレクサンダー・ポープの『髪の毛の強奪』 [ 17 ]に登場する「薄暗い憂鬱な精霊」であり、その名前はラテン語のumbra（影）を示唆しています。この衛星は天王星IIとも呼ばれています。[ 12 ]
地球以外の惑星の衛星には、天文学文献でシンボルが与えられたことは一度もありませんでした。準惑星のシンボルのほとんどを設計したソフトウェアエンジニアのデニス・モスコウィッツは、ウンブリエルのシンボルとして、ジェローム・ラランドの天王星のシンボルの低い球体とU（ウンブリエルの頭文字）を組み合わせたものを提案しました（
）。このシンボルは広く使用されていません。[ 18 ]
ウンブリエルは天王星から約266,000 km (165,000 mi)の距離を公転しており、天王星の5つの主要な衛星の中で3番目に遠い衛星です。[ e ]ウンブリエルの軌道は離心率が小さく、天王星の赤道に対してほとんど傾いていません。[ 2 ]公転周期は約4.1地球日で、自転周期と一致しているため、同期衛星または潮汐ロック衛星であり、常に片面が主惑星の方を向いています。[ 5 ]ウンブリエルの軌道は完全に天王星の磁気圏内にあります。[ 7 ]これは重要です。なぜなら、磁気圏内を公転する大気のない衛星（ウンブリエルなど）の後縁半球は、惑星と共回転する磁気圏プラズマに衝突するからです。 [ 19 ]この衝突により、後方の半球が暗くなる可能性があり、これはオベロンを除くすべての天王星の衛星で観測されている（下記参照）。[ 7 ]ウンブリエルは磁気圏の荷電粒子のシンクとしても機能し、 1986年にボイジャー2号によって観測されたように、衛星の軌道付近で高エネルギー粒子数が著しく減少する。[ 20 ]
天王星はほぼ横向きで太陽の周りを公転し、その衛星は惑星の赤道面を公転しているため、ウンブリエルと他の衛星は極端な季節サイクルの影響を受けます。北極と南極はそれぞれ42年間完全な暗闇に包まれ、その後42年間は太陽がずっと照らされ、各夏至には太陽が極の真上近くまで昇ります。[ 7 ]ボイジャー2号のフライバイは、1986年の南半球の夏至と重なり、北半球のほぼ全体が暗闇に包まれていました。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、天王星の衛星同士の相互掩蔽が可能になります。 2007年から2008年にかけて、このような現象がいくつか観測された。これには、2007年8月15日と12月8日のウンブリエルによるティタニアの2回の掩蔽、および2007年8月19日のウンブリエルによるアリエルの掩蔽が含まれる。[ 21 ] [ 22 ]
現在、ウンブリエルは他の天王星の衛星との軌道共鳴には関与していません。しかし、その歴史の初期には、ミランダと1:3の共鳴状態にあった可能性があります。これによりミランダの軌道離心率が増加し、その衛星の内部加熱と地質活動に寄与しましたが、ウンブリエルの軌道への影響は少なかったでしょう。[ 23 ]天王星は衛星に比べて扁平率が低くサイズも小さいため、その衛星は木星や土星の衛星よりも平均運動共鳴から容易に脱出できます。ミランダがこの共鳴から脱出した後（おそらく異常に高い軌道傾斜角をもたらしたメカニズムによって）、その離心率は減衰し、熱源が停止したと考えられます。[ 24 ] [ 25 ]
ウンブリエルは、天王星の衛星の中で3番目に大きく、3番目に質量が大きい。ウンブリエルは太陽系で13番目に大きく、13番目に質量が大きい衛星でもある。この衛星の密度は1.54 g/cm 3で、これは主に水氷で構成されており、密度の高い非氷成分が質量の約40%を占めていることを示している。[ 26 ]後者は、ソリンとして知られる重い有機化合物を含む岩石や炭素質物質でできている可能性がある。[ 5 ]水氷の存在は、衛星の表面に結晶状の水氷があることを明らかにした赤外線分光観測によって裏付けられている。 [ 7 ]水氷の吸収帯は、ウンブリエルの先行半球の方が後続半球よりも強い。[ 7 ]この非対称性の原因は不明ですが、天王星の磁気圏からの荷電粒子の衝突に関係している可能性があります。この衝突は、プラズマの共回転のため、後方半球でより強くなっています。[ 7 ]高エネルギー粒子は、水氷をスパッタリングし、クラスレートハイドレートとして氷に閉じ込められたメタンを分解し、他の有機物を黒くして、暗い炭素に富む残留物を残す傾向があります。[ 7 ]
赤外線分光法によってウンブリエルの表面で確認された水以外の化合物は二酸化炭素のみであり、これは主に後方半球に集中している。[ 7 ]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や太陽紫外線の影響を受けて、炭酸塩や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、後方半球が前方半球よりも強い磁気圏の影響を受けるため、その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、ウンブリエルの内部の水氷に閉じ込められた原始的なCO2の放出である。内部からのCO2の放出は、この衛星の過去の地質活動の結果である可能性がある。[ 7 ]
ウンブリエルは、岩石質の核が氷のマントルに囲まれている構造になっている可能性がある。[ 26 ]もしそうだとすれば、核の半径（317 km）は月の半径の約54%、質量は月の質量の約40%となる。これらのパラメータは月の組成によって決まる。ウンブリエルの中心部の圧力は約0.24 GPa（2.4 kbar）である。[ 26 ]氷のマントルの現在の状態は不明だが、地下海の存在は考えにくい。[ 26 ]
ウンブリエルの表面は天王星の衛星の中で最も暗く、同じくらいの大きさの姉妹衛星アリエルの半分以下の光しか反射しません。[ 27 ]ウンブリエルのボンドアルベドはわずか約10%と非常に低く、アリエルの23%と比べて低い値です。[ 6 ]衛星表面の反射率は、位相角0°（幾何アルベド）で26%から、約1°の角度で19%まで低下します。この現象は衝サージと呼ばれます。ウンブリエルの表面はわずかに青みがかっており、[ 28 ]新しく明るい衝突堆積物（例えば、ウンダクレーター内） [ 29 ]はさらに青みがかっています。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、前者は後者よりも赤みがかって見えます。[ 30 ]表面の赤みは、太陽系の年齢にわたって荷電粒子や微小隕石の衝突による宇宙風化の結果であると考えられる。[ 28 ]しかし、ウンブリエルの色の非対称性は、ウラヌス系の外側、おそらくは不規則衛星から来た赤みがかった物質の集積によって引き起こされている可能性が高く、これは主に先行半球で起こるだろう。[ 30 ]ウンブリエルの表面は比較的均質で、アルベドや色のいずれにも大きな変化は見られない。[ 28 ]
科学者たちはこれまでウンブリエルの地質学的特徴としてクレーターという種類しか認識していない。[ 31 ]ウンブリエルの表面にはアリエルやティタニアよりもはるかに多くの大きなクレーターがある。ウンブリエルは地質活動が最も少ない。[ 29 ]実際、天王星の衛星の中でウンブリエルよりも衝突クレーターが多いのはオベロンだけである。観測されたクレーターの直径は、小さいもので数キロメートルから、 既知の最大のクレーターであるウォコロの210キロメートルまでである。[ 29 ] [ 31 ]ウンブリエルで認識されているすべてのクレーターには中央のピークがあるが、[ 29 ]放射状のクレーターはない。[ 5 ]
ウンブリエルの赤道付近には、直径約131kmの最も目立つ表面地形であるウンダ・クレーターがある 。[ 32 ] [ 33 ]ウンダの底には明るい物質の大きな環があり、これは衝突堆積物[ 29 ]か、放射線分解によって生成された二酸化炭素がウンブリエルの表面全体から移動し、比較的低温のウンダに閉じ込められたときに形成された純粋な二酸化炭素氷の堆積物である可能性がある。 [ 34 ]近くには、明暗境界線に沿って、明るい縁はないが明るい中央のピークを持つヴーバー・クレーターとスカインド・クレーターがある。[ 5 ] [ 33 ]ウンブリエルの縁のプロファイルの研究により、直径約400km 、深さ約5kmの非常に大きな衝突地形の可能性が明らかになった 。[ 35 ]
天王星の他の衛星と同様に、ウンブリエルの表面は北東から南西に伸びる峡谷のシステムによって切り裂かれている。[ 36 ]この衛星の画像解像度が低く、全体的に単調な外観のため、地質学的マッピングが困難であり、公式には認識されていない。[ 29 ]
ウンブリエルのクレーターだらけの表面は、おそらく後期重爆撃期以降安定していると考えられる。[ 29 ]古代の内部活動の痕跡は、峡谷と暗い多角形（数十キロメートルから数百キロメートルに及ぶ複雑な形状の暗い斑点）のみである。[ 37 ]これらの多角形は、ボイジャー2号の精密測光によって特定された。の像はウンブリエルの表面にほぼ均一に分布しており、北東から南西方向に伸びている。いくつかの多角形は数キロメートルの深さの窪地に対応しており、初期の地殻変動のエピソード中に形成された可能性がある。[ 37 ]現在、ウンブリエルがなぜこれほど暗く均一な外観をしているのかの説明はない。その表面は、衝突によって掘り出された、あるいは爆発的な火山噴火で噴出された比較的薄い暗い物質の層（いわゆる影物質）で覆われている可能性がある。 [ f ] [ 30 ]あるいは、ウンブリエルの地殻全体が暗い物質で構成されており、クレーター光線のような明るい特徴の形成を妨げている可能性もある。しかし、ウンダ内部に明るい特徴が存在することは、この仮説と矛盾しているように思われる。[ 5 ]
ウンブリエルは、降着円盤または亜星雲から形成されたと考えられています。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、あるいは天王星に大きな傾斜角を与えた可能性が最も高い巨大衝突によって作られたガスと塵の円盤です。[ 39 ]亜星雲の正確な組成は不明ですが、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ります。[ h ] [ 5 ]かなりの量の窒素と炭素が、アンモニアとメタンの代わりに一酸化炭素（CO）と分子状窒素（N2 ）の形で存在していた可能性があります。 [ 39 ]このような亜星雲で形成された衛星は、水氷（COとN2が包接化合物として閉じ込められている）が少なく、岩石が多く含まれているため、密度が高くなっています。[ 5 ]
ウンブリエルの集積は数千年続いたと考えられている。[ 39 ]集積に伴う衝突により、月の外層が加熱された。[ 40 ] 約3kmの深さで最高温度約180Kに達した 。[ 40 ]形成終了後、地下層は冷却したが、ウンブリエルの内部は岩石中の放射性元素の崩壊により加熱された。 [ 5 ]冷却された地表付近の層は収縮し、内部は膨張した。これにより、月の地殻に強い伸張応力が生じ、亀裂が生じた可能性がある。 [ 41 ]このプロセスは約2 億年続いたと考えられ、内因性の活動は数十億年前に停止したことを示唆している。[ 5 ]
初期の集積加熱と放射性元素の継続的な崩壊により、アンモニア（水和アンモニアの形で）や塩などの不凍液が存在していれば、氷が溶けた可能性がある[ 40 ] 。 [ 26 ]融解により、氷が岩石から分離し、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[ 29 ] 。核とマントルの境界には、溶解したアンモニアを豊富に含む液体の水（海）の層が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。海ははるか昔に凍結した可能性が高い[ 26 ] 。ウラヌスの衛星の中で、ウンブリエルは内因性の表面更新プロセスの影響を最も受けていない[ 29 ]が、他のウラヌスの衛星と同様に、非常に初期の表面更新イベントを経験した可能性がある[ 37 ] 。
ウンブリエルの唯一の近接画像は、1986年1月に天王星をフライバイしたボイジャー2号探査機によるものです。ボイジャー2号とウンブリエルの最接近距離は325,000 km (202,000 mi)であったため、[ 42 ]この衛星の最良の画像の空間分解能は約5.2 kmです。[ 29 ]画像は表面の約40%をカバーしていますが、地質図作成に十分な品質で撮影されたのは20%のみです。[ 29 ]フライバイの時点では、ウンブリエルの南半球は（他の衛星と同様に）太陽の方を向いていたため、北半球（暗い）を調査することはできませんでした。[ 5 ]
ウンブリエル・クレーター・スカインド。
