天王星の衛星

太陽系の第7惑星である天王星には、28の衛星が確認されている。そのほとんどは、ウィリアム・シェイクスピアやアレクサンダー・ポープの作品に登場する、または言及されている人物にちなんで名付けられている。^{[1]天王星の衛星は、13の内側の衛星、5つの}主要な衛星、10の不規則衛星の3つのグループに分けられる。内側の衛星と主要な衛星はすべて順行軌道を持ち、総合すると通常の衛星に分類される。対照的に、不規則衛星の軌道は遠く、大きく傾斜しており、ほとんどが逆行している。

内側の衛星は、天王星の環と共通の性質と起源を持つ小さな暗黒天体である。5つの主要な衛星は楕円体であり、過去のある時点で静水力平衡に達したことを示している（そして現在も平衡状態にある可能性がある）。また、そのうち4つは、表面に峡谷形成や火山活動などの内部駆動プロセスの兆候を示している。 ^[2]これら5つのうち最大のティタニアは、直径1,578 kmで太陽系で8番目に大きい衛星であり、地球の月の約20分の1の質量である。通常の衛星の軌道は、軌道に対して97.77°傾いている天王星の赤道とほぼ同一平面上にある。天王星の不規則衛星は、惑星から遠く離れた場所では楕円形で強く傾斜した（ほとんどが逆行する）軌道を持っている。^[3]

ウィリアム・ハーシェルは1787年に最初の2つの衛星、ティタニアとオベロンを発見した。他の3つの楕円衛星は1851年にウィリアム・ラッセル（アリエルとウンブリエル）によって、1948年にジェラルド・カイパー（ミランダ）によって発見された。^{[1]これら5つの衛星は}静水圧平衡にある可能性がある。残りの衛星は1985年以降、ボイジャー2号のフライバイミッション中または高度な地上望遠鏡の助けを借りて発見された。^{[2] [3]}

最初に発見された2つの衛星はティタニアとオベロンで、ウィリアム・ハーシェル卿が1787年1月11日に発見した。これは彼が惑星を発見してから6年後のことである。後にハーシェルは、最大で6つの衛星（下記参照）とおそらく環さえ発見したと考えるようになった。ほぼ50年間、ハーシェルの機器は衛星が観測された唯一のものであった。^[4] 1840年代には、より優れた機器と天王星のより良い空の位置により、ティタニアとオベロンに加えて、散発的に衛星の存在が示唆された。結局、次の2つの衛星アリエルとウンブリエルは、 1851年にウィリアム・ラッセルによって発見された。^[5]天王星の衛星のローマ数字の体系はかなり長い間流動的であり、出版物はハーシェルの命名（ティターニアとオベロンはウラヌスIIとIV）とウィリアム・ラッセルの命名（IとIIの場合もある）の間で躊躇していた。^[6]アリエルとウンブリエルが確認されると、ラッセルは天王星から外側に向かって衛星IからIVまで番号を付け、これが最終的に定着した。^[7] 1852年、ハーシェルの息子ジョン・ハーシェルは、当時知られていた4つの衛星に名前を付けた。^[8]

その後ほぼ1世紀にわたって、他の発見はなかった。1948年、マクドナルド天文台のジェラルド・カイパーが、 5つの大きな球形の衛星のうち最小で最後のミランダを発見した。^{[8] [9]数十年後、1986年1月の}ボイジャー2号宇宙探査機の接近通過により、さらに10個の内衛星が発見された。^[2]別の衛星パーディタは、 1999年にエリック・カルコシュカがボイジャーの古い写真を研究した後に発見された。^{[10 ]}

1997年に地上望遠鏡を使った天文学者がシコラックスやカリバンを発見するまで、天王星は不規則衛星が知られていない最後の巨大惑星だった。1999年から2003年にかけて、天文学者はより強力な地上望遠鏡を使って天王星の不規則衛星の探索を続け、さらに7つの天王星の不規則衛星を発見した。^[3]さらに、2003年にはハッブル宇宙望遠鏡を使って2つの小さな内側の衛星、キューピッドとマブが発見された。 [ 12 ^] 2021年と2023年にスコット・シェパードとその同僚がハワイのマウナケアにあるすばる望遠鏡を使って天王星のさらに1つの不規則衛星（および発表待ちの候補5つ）を発見するまで、他の発見はなかった。^{[13] [14] [15]}

ハーシェルは1787年1月11日にティターニアとオベロンを発見した後、その後、さらに4つの衛星を観測したと信じていた。1790年1月18日と2月9日に2つ、1794年2月28日と3月26日にさらに2つである。そのため、その後何十年もの間、天王星には6つの衛星があると信じられていたが、後者の4つの衛星は他の天文学者によって確認されることはなかった。しかし、ラッセルの1851年の観測でアリエルとウンブリエルを発見したが、ハーシェルの観測を裏付けることはできなかった。ティターニアとオベロン以外の衛星を見ていたならハーシェルが確実に見ていたはずのアリエルとウンブリエルは、軌道特性においてハーシェルの追加の4つの衛星のいずれとも一致しなかった。ハーシェルの4つの偽の衛星の恒星周期は、5.89日（ティタニアの内側）、10.96日（ティタニアとオベロンの間）、38.08日、107.69日（オベロンの外側）であると考えられていました。 ^[16]そのため、ハーシェルの4つの衛星は偽物であり、おそらく天王星の近くの暗い星を衛星と誤認したことから生じたと結論付けられ、アリエルとウンブリエルの発見の功績はラッセルに与えられました。^[17]

外惑星の衛星の発見

天王星の最初の2つの衛星は1787年に発見されたが、さらに2つの衛星が発見された1年後の1852年まで名前は付けられなかった。命名責任は、天王星の発見者の息子であるジョン・ハーシェルが引き継いだ。ハーシェルは、ギリシャ神話から名前を割り当てる代わりに、英語文学の魔法の精霊にちなんで衛星に名前を付けた。ウィリアム・シェイクスピアの『真夏の夜の夢』の妖精オベロンとティターニア、アレクサンダー・ポープの『髪を奪う』に登場するシルフのアリエルと小人のウンブリエルである（アリエルはシェイクスピアの『テンペスト』にも妖精として登場する）。その理由は、天空と大気の神である天王星には大気の精霊が付き従うだろうということであったと考えられる。^[18]ジョン・ハーシェルが名前の考案者であったのか、それともウィリアム・ラッセル（アリエルとウンブリエルを発見）が名前を選び、ハーシェルに許可を求めたのかは定かではない。^[19]

その後の名前は、空想の精霊というテーマを引き継ぐのではなく（パックとマブだけがこの傾向を引き継いだ）、ハーシェルの元ネタに焦点を当てたものとなった。1949年、5番目の衛星ミランダは、発見者のジェラルド・カイパーによって、シェイクスピアの『テンペスト』に登​​場する完全に人間のキャラクターにちなんで名付けられた。^[8]現在のIAUの慣例では、衛星にはシェイクスピアの戯曲や『髪を奪う女』の登場人物にちなんで命名されている（ただし、現時点ではアリエル、ウンブリエル、ベリンダだけが後者から名前を取っているが、他はすべてシェイクスピアからである）。外側の逆行衛星はすべて、『テンペスト』という戯曲の登場人物にちなんで名付けられている。唯一知られている外側の順行衛星マーガレットは、 『から騒ぎ』から名前が付けられている。^[19]

同じシェイクスピアの登場人物にちなんで名付けられたいくつかの小惑星は、天王星の衛星と同じ名前を持っています。171オフィーリア、218 ビアンカ、593 ティタニア、666 デズデモーナ、763 クピド、2758 コーデリアです。

天王星の衛星系は、巨大惑星の中で最も質量が小さい。実際、5つの主要衛星の合計質量は、トリトン（太陽系で7番目に大きい衛星）単独の質量の半分以下である。 ^[a]衛星の中で最大のティタニアの半径は788.9 kmで^{[21] 、}月の半分以下であるが、土星の2番目に大きい衛星レアの半径よりわずかに大きく、ティタニアは太陽系で8番目に大きい衛星となっている。天王星の質量は、その衛星の約10,000倍である。^[b]

2024年現在、天王星には13の内側の衛星があることがわかっており、その軌道は全てミランダの軌道の内側にある。^[12]内側の衛星は、軌道距離の近さに基づいて2つのグループに分類されている。これらは、ビアンカ、クレシダ、デズデモーナ、ジュリエット、ポーシャ、ロザリンドの6つの衛星を含むポーシャグループと、キューピッド、ベリンダ、パーディタの3つの衛星を含むベリンダグループである。^{[12] [22]}すべての内側の衛星は、おそらく1つまたは複数の小さな内側の衛星の断片化によって生じた天王星のリングと密接に関係している。^[23]最も内側の2つの衛星、コーデリアとオフィーリアは、天王星のεリングの羊飼いであり、小さな衛星マブは、天王星の最も外側のμリングの源である。^{[12]天王星の}α環とβ環の外側約100kmに、さらに2つの小さな（半径2～7km）未発見の羊飼い衛星が存在する可能性がある。^[24]

パックは162 kmで、天王星の内側の衛星の中では最大であり、ボイジャー2号によって詳細に撮影された唯一の衛星である。パックとマブは天王星の最も外側にある2つの内側の衛星である。すべての内側の衛星は暗い天体であり、その幾何学的アルベドは10%未満である。^[25]それらは、おそらく放射線処理された有機物である暗い物質で汚染された水氷で構成されている。^[26]

内側の衛星は、特に密集したポーシャグループとベリンダグループ内では、絶えず互いに摂動を起こしている。このシステムは混沌としており、明らかに不安定である。^[27]シミュレーションでは、衛星が互いに摂動を起こして軌道が交差し、最終的には衛星同士の衝突につながる可能性があることが示されている。^[12] デズデモーナは今後100万年以内にクレシダと衝突する可能性があり、^[28]キューピッドは今後1000万年以内にベリンダと衝突する可能性が高い。パーディタとジュリエットは、その後の衝突に巻き込まれる可能性がある。^[29]このため、リングと内側の衛星は常に変動しており、衛星は短期間で衝突して再集積している可能性がある。^[29]

天王星にはミランダ、アリエル、ウンブリエル、ティタニア、オベロンという5つの主要な衛星がある。直径はミランダの472 kmからティタニアの1578 kmまでである。^[21]これらの衛星はすべて比較的暗い天体であり、幾何学的アルベドは30〜50%であるのに対し、ボンドアルベドは10〜23%である。^[25]ウンブリエルは最も暗い衛星で、アリエルは最も明るい。衛星の質量は6.7 × 10 ¹⁹  kg（ミランダ）から3.5 × 10 ²¹  kg（ティタニア）までである。比較のために言うと、月の質量は7.5 × 10 ²²  kgである。^[30]天王星の主な衛星は、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降着円盤で形成されたか、天王星が誕生初期に受けた大きな衝突の結果として形成されたと考えられています。^{[31] [32]}この見解は、それらの大きな熱慣性、つまり冥王星やハウメアなどの準惑星と共有する表面特性によって裏付けられています。^{[33]これは、古典的な}海王星外縁天体に匹敵する天王星の不規則衛星の熱的挙動とは大きく異なります。^[34]これは別の起源を示唆しています。

主な衛星はすべて、岩石と氷がほぼ同量含まれているが、ミランダだけは例外で、ミランダは主に氷でできている。^[35]氷の成分には、アンモニアと二酸化炭素が含まれる可能性がある。^[36]表面はクレーターが密集しているが、ウンブリエルを除くすべての衛星で、線状構造（峡谷）の形で内因的な 表面再形成の兆候が見られ、ミランダの場合は、コロナと呼ばれる卵形のレーストラックのような構造が見られる。^[2]コロナの起源は、湧昇するダイアピルに関連する伸張プロセスである可能性が高い。^[37]アリエルは衝突クレーターが最も少なく、表面が最も新しいように見えるのに対し、ウンブリエルは最も古いように見える。^[2]ミランダとウンブリエルの間の過去の3:1軌道共鳴と、アリエルとチタニアの間の過去の4:1共鳴が、ミランダとアリエルでかなりの内因的活動を引き起こした加熱の原因であると考えられている。^{[38] [39]} 過去にそのような共鳴があったことを示す証拠の1つは、惑星に非常に近い天体としてはミランダの異常に高い軌道傾斜角（4.34°）です。 ^{[40] [41]}天王星の最大の衛星は内部的に分化しており、中心に岩石の核があり、氷のマントルで囲まれている可能性があります。^[35]ティタニアとオベロンは、核とマントルの境界に液体の水の海を抱えている可能性があります。^[35]天王星の主な衛星は空気のない天体です。たとえば、ティタニアは10〜20ナノバールを超える圧力では大気を持たないことが示されています。^[42]

天王星とその主要衛星の夏至の地方日の太陽の軌道は、他のほとんどの太陽系の惑星で見られる軌道とはかなり異なります。主要衛星は、天王星とほぼ同じ自転軸の傾きを持っています（それらの軸は天王星の軸と平行です）。^[2]太陽は、半球の夏の間、空で天王星の天の極の周りを円形の軌道を描いているように見えます。最も近い位置で約 7 度です^[c]。赤道の近くでは、ほぼ真北または真南に見えます（季節によって異なります）。7 度を超える緯度では、太陽は空で直径約 15 度の円形の軌道を描き、半球の夏の間は決して沈むことなく、天王星の春分点に天の赤道上の位置に移動し、半球の冬には地平線の下に見えなくなります。

天王星の不規則衛星の大きさは、120～200 km (シコラックス) から10 km未満 ( S/2023 U 1 ) まであります。^[43]天王星の不規則衛星は数が少ないため、どれが同様の軌道特性を持つグループに属するかはまだ明らかではありません。天王星の不規則衛星の中で唯一知られているグループはカリバングループで、軌道距離が600～700万km (370万～430万マイル)、傾斜角が141°～144°に集まっています。^{[14]カリバングループには、}カリバン、S/2023 U 1、ステファノの3つの逆行衛星が含まれます。^[14]

中間の傾斜角60° < i < 140°には、コザイ不安定性のため、既知の衛星がありません。 [ ^3]この不安定領域では、遠地点での太陽の摂動により、衛星は大きな離心率を獲得し、内側の衛星との衝突や放出につながります。不安定領域にある衛星の寿命は1000万年から10億年です。^[3] マーガレットは、天王星の唯一の既知の不規則順行衛星であり、太陽系のどの衛星よりも最も離心率の高い軌道を持っています。

ここでは、天王星の衛星を、公転周期の短いものから長いものの順にリストしています。表面が崩壊して球形になるほど質量が大きい衛星は、薄い青で強調表示され、太字になっています。内側の衛星と主要な衛星はすべて順行軌道です。逆行軌道の不規則衛星は濃い灰色で示されています。順行軌道を持つ天王星の唯一の不規則衛星であるマーガレットは、薄い灰色で示されています。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、短期間で変化します。そのため、リストされているすべての不規則衛星の軌道要素は、Brozović と Jacobson (2009) による 8,000 年間の数値積分で平均されたものです。これらは、他のソース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。^[44]ここで挙げた主要な衛星の軌道要素は2000年1月1日を基準としており、 [ ^45]不規則衛星の軌道要素は2020年1月1日を基準としている。^[46]

• 天然衛星の一覧

ウィキメディア・コモンズには、天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：天王星の衛星
• 天王星の衛星の位置を示すシミュレーション
• 「天王星：衛星」NASAの太陽系探査。2015年10月21日時点のオリジナルよりアーカイブ。2008年12月20日閲覧。
• 「NASA​​ のハッブル宇宙望遠鏡が天王星の周囲に新たな環と衛星を発見」。宇宙望遠鏡科学研究所。2005 年 12 月 22 日。2008年12 月 20 日閲覧。
• 惑星命名法の地名辞典—天王星 (USGS)
• 「天王星の環の写真」、ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡、NASA、2023年12月18日、 2023年12月19日閲覧