海王星の衛星

海王星には16の衛星が知られており、ギリシャ神話に登場する小さな水の神々と水の生き物にちなんで名付けられている。^{[注 1]}これまでのところ、その中で圧倒的に大きいのはトリトンで、1846年10月10日にウィリアム・ラッセルによって発見された。これは海王星自体が発見されてから17日後のことである。2番目の天然衛星ネレイドが発見されるまでには1世紀以上が経過した1949年、そして海王星で2番目に大きい衛星プロテウスが発見される1989年までにさらに40年が経過した。

トリトンは、その軌道が海王星の自転に対して逆行し、海王星の赤道に対して傾いている点で、惑星質量の衛星の中では独特である。これは、トリトンが海王星の軌道上で形成されたのではなく、海王星の重力によって捕獲されたことを示唆している。捕獲されたと疑われている太陽系で2番目に大きい衛星は、土星の衛星フェーベで、トリトンの質量のわずか0.03%である。トリトンの捕獲は、おそらく海王星が衛星系を形成した後に起こったもので、海王星の元々の衛星にとっては壊滅的な出来事であり、それらの軌道が乱されて衝突し、瓦礫の円盤を形成した。トリトンは、静水圧平衡を達成し、雲やもやを形成できる薄い大気を保持するのに十分な質量を持っている。

トリトンの内側には7つの小さな規則衛星があり、その全てが海王星の赤道面に近い平面を順行軌道で回っている。これらのうちいくつかは海王星の環の間を回っている。そのうち最大のものはプロテウスである。これらはトリトンが捕獲されてトリトンの軌道が円形になった後に生成されたラブルディスクから再集積されたものである。海王星にはトリトンの他に8つの不規則衛星があり、その中にはネレイドも含まれる。ネレイドの軌道は海王星からかなり離れており、傾斜が大きい。このうち3つは順行軌道で、残りは逆行軌道である。特にネレイドは不規則衛星としては異常に軌道が近く偏心しており、これはかつては規則衛星であったがトリトンが捕獲された際に現在の位置に大きく乱された可能性があることを示唆している。海王星の最も外側の衛星S/2021 N 1は、公転周期が約27地球年で、太陽系の他のどの衛星よりも海王星から遠く離れて公転しています。^{[1] [2]}

トリトンは1846年にウィリアム・ラッセルによって発見されたが、これは海王星の発見からわずか17日後のことだった。^[3] ネレイドは1949年にジェラルド・P・カイパーによって発見された。 ^[4]後にラリッサと名付けられた3番目の衛星は、1981年5月24日にハロルド・J・ライツェマ、ウィリアム・B・ハバード、ラリー・A・レボフスキー、デイビッド・J・トーレンによって初めて観測された。天文学者たちは、4年前に天王星の周りで発見されたものに似た環を探して、海王星への恒星の接近を観測していた。 ^[5]環が存在する場合、惑星の最接近直前に恒星の光度がわずかに低下する。恒星の光度が低下したのは数秒間だけであったため、環ではなく衛星によるものであることがわかった。

1989年にボイジャー2号が海王星を通過するまで、これ以上の衛星は発見されなかった。ボイジャー2号はラリサを再発見し、内側の5つの衛星、ナイアッド、タラッサ、デスピナ、ガラテア、プロテウスを発見した。^[6] 2001年には、地上の大型望遠鏡を使用した2回の調査で、さらに5つの外側の不規則衛星が発見され、合計13個となった。^[7] 2002年と2003年に2つのチームがそれぞれ実施した追跡調査では、これら5つの衛星全て、ハリメデ、サオ、プサマテ、ラオメデイア、ネソが再観測された。^{[7] [8]} 2002年の調査では6番目の衛星も発見されたが、再観測回数が足りず軌道を決定できず、行方不明となった。^[7]

2013年、マーク・R・ショーウォルターは、ハッブル宇宙望遠鏡による2009年の海王星の環弧の画像を調べているときにヒッポカンプを発見した。彼は、パンニングに似た技術を使用して軌道運動を補正し、複数の画像を重ね合わせてかすかな詳細を浮かび上がらせた。^{[9] [10]}思いつきで、環をはるかに超える半径まで探索範囲を広げることにした後、彼は新月を表す明確な点を発見した。^[11]その後、彼は2004年までさかのぼる他のハッブル宇宙望遠鏡のアーカイブ画像で繰り返しその点を発見した。海王星の他のすべての内側の衛星を観測したボイジャー2号は、その暗さのために1989年のフライバイではそれを検出しなかった。^[9]

2021年、スコット・S・シェパードとその同僚はハワイのマウナケアにあるすばる望遠鏡を使用して、海王星のさらに2つの不規則衛星を発見し、2024年に発表しました。^[12]これらの2つの衛星は暫定的にS/2021 N 1とS/2002 N 5と指定されています。後者は2002年に失われた衛星が復元されたものであることが判明しました。^{[2] [13]}

外惑星の衛星の発見

トリトンには20世紀まで正式な名前がなかった。「トリトン」という名前は、カミーユ・フラマリオンが1880年の著書「民衆天文学」で提案したものだが、^[14]一般的に使われるようになったのは少なくとも1930年代になってからである。^[15]この頃までは、単に「海王星の衛星」として知られていた。海王星の他の衛星も、海王星が海の神であるという立場に合わせ、ギリシャやローマの水の神にちなんで名付けられている。 ^[16]ギリシャ神話から、通常は海王星のギリシャ版であるポセイドンの子供（トリトン、プロテウス、デスピナ、タラッサ）; ポセイドンの恋人（ラリッサ）; ポセイドンに関連する他の神話上の生き物（ヒッポカンプス）; ギリシャのマイナーな水の神々の一群（ナイアス、ネレイド）;または特定のネレイド (ハリメデ、ガラテア、ネソ、サオ、ラオメデイア、プサマテ)。^{[16] [17]}

「通常の」不規則衛星の場合、順行衛星には「a」で終わる名前、逆行衛星には「e」で終わる名前、例外的に傾斜した衛星には「o」で終わる名前を使用するのが一般的で、これは木星の衛星の慣例とまったく同じである。^[18] 2つの小惑星が海王星の衛星と同じ名前を共有している。74ガラテアと1162ラリサである。

海王星の衛星は、規則軌道と不規則軌道の2つのグループに分けられる。最初のグループには、海王星の赤道面にある円軌道を順行する7つの内側の衛星が含まれる。2番目のグループは、トリトンを含む他の9つの衛星すべてで構成される。これらの衛星は通常、海王星から遠く離れた傾斜した偏心軌道を描き、しばしば逆行軌道を描く。唯一の例外はトリトンで、逆行傾斜ではあるが、惑星の近くを円軌道を描いて周回する。^[19]

海王星からの距離の順に、通常の衛星はナイアード、タラッサ、デスピナ、ガラテア、ラリサ、ヒポカンプ、プロテウスである。外側の2つを除くすべての衛星は海王星同期軌道内にあり（海王星の自転周期は0.6713日または16時間^{[20] ）、そのため}潮汐減速を受けている。最も近い通常の衛星であるナイアードは、内側の衛星の中では2番目に小さい衛星でもある（ヒポカンプの発見後）。一方、プロテウスは通常の衛星の中で最大であり、海王星で2番目に大きい衛星である。最初の5つの衛星は、ナイアードとタラッサの7時間からラリサの13時間まで、海王星の自転よりもはるかに速く公転している。

内側の衛星は海王星の環と密接に関係している。最も内側の2つの衛星、ナイアードとタラッサは、ガレ環とルヴェリエ環の間を周回している。^{[6]デスピナはルヴェリエ環の}羊飼い衛星である可能性がある。なぜなら、その軌道はちょうどこの環の内側にあるからである。^[21]次の衛星ガラテアは、海王星の環の中で最も目立つアダムス環のちょうど内側を周回している。^[21]この環は非常に狭く、幅は50 kmを超えず、^[22] 5つの明るい弧が埋め込まれている。^[21]ガラテアの重力は、環の粒子を半径方向の限られた領域内に閉じ込め、狭い環を維持するのに役立つ。環の粒子とガラテアの間のさまざまな共鳴も、弧を維持する役割を果たしている可能性がある。^[21]

形状や表面の特徴を判別できる解像度で撮影されたのは、最も大きい2つの通常の衛星のみである。^[6]ラリサは直径約200 kmで細長い。プロテウスはそれほど細長くはないが、完全に球形でもない。^[6]直径150～250 kmのいくつかの平らな面またはわずかに凹んだ面を持つ不規則な多面体に似ている。 ^[23]直径約400 kmで、完全な楕円形の土星の衛星ミマスよりも大きい。この違いは、プロテウスが過去に衝突して破壊されたためである可能性がある。^[24]プロテウスの表面には多数のクレーターがあり、線状の特徴が多数見られる。最大のクレーターであるファロスは直径150 kmを超える。^{[6] [23]}

海王星の内側の衛星はすべて暗い天体で、その幾何学的アルベドは7～10%の範囲です。^[25]スペクトルから、非常に暗い物質、おそらく複雑な有機化合物で汚染された水氷でできていることが示されています。この点で、海王星の内側の衛星は天王星の内側の衛星と似ています。^[6]

不規則衛星は、惑星からの距離の順に、トリトン、ネレイド、ハリメデ、サオ、S/2002 N 5、ラオメデイア、プサマテ、ネソ、S/2021 N 1であり、順行天体と逆行天体の両方を含むグループです。^{[19]最も外側の7つの衛星は他の}巨大惑星の不規則衛星と似ており、おそらくその場で形成された通常の衛星とは異なり、海王星の重力によって捕獲されたと考えられています。^[8]

トリトンとネレイドは珍しい不規則衛星であるため、他の7つの不規則な海王星の衛星とは別個に扱われている。これらの衛星は、他の外惑星の外側の不規則衛星に近い。^[8]まず、これらは太陽系で知られている不規則衛星の中で最大の2つであり、トリトンは他のすべての既知の不規則衛星よりもほぼ1桁大きい。次に、これらは両方とも異常に小さな軌道長半径を持ち、トリトンの軌道長半径は他のすべての既知の不規則衛星よりも1桁以上小さい。第3に、これらは両方とも異常な軌道離心率を持っている。ネレイドは既知の不規則衛星の中で最も離心率の高い軌道を持ち、トリトンの軌道はほぼ完全な円である。最後に、ネレイドは既知の不規則衛星の中で最も傾斜角が低い。^[8]

トリトンは逆行かつ準円軌道を描いており、重力に捕らわれた衛星であると考えられている。太陽系で2番目に大気があることが発見された衛星であり、その大気は主に窒素で、少量のメタンと一酸化炭素が含まれている。[ 26 ]トリトンの表面^圧力は約14  μbarである。^[26] 1989年、ボイジャー2号宇宙船はこの薄い大気の中に雲やもやらが見えるものを観測した。^[6]トリトンは太陽系で最も冷たい天体の一つであり、表面温度は約38 K (-235.2 °C)である。^{[26]表面は窒素、メタン、}二酸化炭素、水の氷で覆われており^[27]、70%を超える高い幾何反射率を持っている。 ^[6]ボンド反射率はさらに高く、最大90%に達する。^{[6] [注 2]}表面の特徴としては、大きな南極冠、地溝や断崖が横切る古いクレーター面、および氷火山活動などの内因性プロセスによって形成されたと思われる新しい特徴がある。^[6] ボイジャー2号の観測では、太陽によって加熱された極冠内に活発な間欠泉がいくつかあり、高さ8kmまで噴煙を噴出していることが明らかになった。 ^[6]トリトンの密度は約2g/cm3と比較的高く、^岩石が質量の約3分の2を占め、氷（主に水氷）が残りの3分の1を占めていることを示している。トリトンの深部には液体の水の層があり、地下の海を形成している可能性がある。 ^[28]逆行軌道と海王星への相対的近さ（月と地球の距離よりも近い）のため、潮汐減速によってトリトンは内側に螺旋状に引き込まれており、約36億年後には破壊されるだろう。^[29]

ネレイドは海王星の3番目に大きい衛星である。順行軌道だが非常に偏心しており、かつては普通の衛星だったが、トリトンに捕獲された際に重力相互作用によって現在の軌道に散らばったと考えられている。^[30]表面では分光学的に水氷が検出されている。ネレイドの初期の測定では、可視光等級に大きな不規則な変動が見られ、これは強制歳差運動または無秩序な自転と、細長い形状および表面の明るいまたは暗い斑点が組み合わさったことが原因であると推測された。^[31]これは2016年に反証され、ケプラー宇宙望遠鏡の観測ではわずかな変動しか見られなかった。スピッツァー宇宙望遠鏡とハーシェル宇宙望遠鏡の赤外線観測に基づく熱モデル化では、ネレイドは中程度に細長く、自転の強制歳差運動には不利であることが示唆されている。^{[32]熱モデルはまた、ネレイドの表面粗さが非常に高く、土星の衛星}ヒュペリオンに似ている可能性が高いことを示している。^[32]

ネレイドは海王星の通常の不規則衛星の中で最も大きく、海王星の不規則衛星システム全体の質量の約98%を占めている（トリトンを数えなければ）。これは土星のフェーベの状況に似ている。ネレイドを通常の不規則衛星（トリトンは除く）として数えると、ネレイドはこれまで知られている通常の不規則衛星の中では断然最大であり、通常の不規則衛星すべての質量を合わせた約3分の2を占める。^[33]

残りの不規則衛星のうち、サオ、S/2002 N 5、ラオメデイアは順行軌道をたどり、ハリメデ、プサマテ、ネソ、S/2021 N 1は逆行軌道をたどる。同様の軌道を共有する衛星のグループが少なくとも2つあり、順行衛星のサオ、S/2002 N 5、ラオメデイアはサオグループに属し、逆行衛星のプサマテ、ネソ、S/2021 N 1はネソグループに属している。^[12]ネソグループの衛星は、平均軌道距離が地球と月の間の距離の125倍を超え、公転周期が25年を超えており、現在までに太陽系で発見された自然衛星の中で最も大きな軌道を持っている。^[34]海王星は、主に太陽からの距離が大きいため、太陽系で最大のヒル球を持ち、これにより、このような遠方の衛星を制御することができる。^{[19]それにもかかわらず、}カルメグループとパシファエグループの木星の衛星は、ネソグループの衛星よりも主衛星のヒル半径のより大きな割合で公転しています。^[19]

海王星の衛星の質量分布は、太陽系の巨大惑星の衛星システムの中で最も偏っている。衛星の1つであるトリトンがシステムの質量のほぼすべてを占め、他のすべての衛星を合わせても0.3分の1に過ぎない。これは、タイタンが全質量の95%以上を占める土星の衛星システムと似ているが、よりバランスの取れた木星や天王星のシステムとは異なる。現在の海王星システムが偏っている理由は、トリトンが海王星の元の衛星システムが形成されてからかなり後に捕獲されたためであり、専門家は捕獲の過程でシステムの大部分が破壊されたと推測している。^{[30] [35]}

トリトンが捕獲されたときの軌道は極めて偏心しており、元々の海王星の内側の衛星の軌道に混沌とした摂動を引き起こし、それらの衛星が衝突して瓦礫の円盤に縮小したと考えられる。^[30]これは、海王星の現在の内側の衛星が海王星とともに形成された元々の天体ではない可能性が高いことを意味する。トリトンの軌道が円形になった後にのみ、瓦礫の一部が現在の通常の衛星に再集積した可能性がある。^[24]

トリトンの捕獲メカニズムについては、長年にわたりさまざまな説が唱えられてきました。そのひとつは、トリトンが三体衝突で捕獲されたという説です。このシナリオでは、トリトンは海王星との衝突によって分裂した連星 カイパーベルト天体^{[注 3]}の生き残りです。^[36]

数値シミュレーションによれば、衛星ハリメデが過去のある時点でネレイドと衝突した確率は0.41である。^[7]衝突が起こったかどうかは不明だが、両方の衛星は似たような（「灰色」の）色をしているように見えることから、ハリメデはネレイドの破片である可能性がある。^[37]

ここでは、海王星の衛星を、公転周期の短いものから長いものの順にリストアップしています。不規則衛星（捕獲された衛星）は色でマークされています。不規則衛星の軌道と平均距離は、頻繁な惑星と太陽の摂動により短期間で変化するため、リストされているすべての不規則衛星の軌道要素は3万年の期間にわたって平均化されています。これらは、他の情報源によって提供される接触軌道要素とは異なる場合があります。 ^[38]軌道要素はすべて、2020年1月1日を基準としています。^[1]表面が球体に崩壊するほどの質量を持つ唯一の海王星の衛星であるトリトンは太字で示されています。

• 天然衛星の一覧

ウィキメディア・コモンズには、海王星の衛星に関連するメディアがあります。

• スコット・S・シェパード：海王星の衛星
• NASAの太陽系探査による海王星の衛星
• 惑星命名法の地名辞典 - 海王星 (USGS)
• 海王星の衛星の位置を示すシミュレーション