惑星質量の月

惑星質量衛星とは、恒星以外の天体の自然衛星である惑星質量天体のことです。これらの衛星は質量が大きいため、内部の部分的な融解と分化、および/または潮汐や放射性物質による加熱によって生じる静水圧平衡により、大きく楕円形（時には球形）をしており、場合によっては地下海を形成します。

惑星質量を持つ衛星は、アラン・スターンなどの一部の惑星科学者によって衛星惑星と呼ばれることがあります。彼らは、天体が太陽軌道か非太陽軌道か（惑星力学）よりも、惑星地質学（つまり、惑星体であるかどうか）を持っているかどうかに関心があります。^{[ 1 ]}そのため、彼らは惑星質量を持つ衛星を惑星のサブセットとみなしています。惑星を3つのクラス（古典的惑星、準惑星、衛星惑星）として概念化するこの考え方は、国際天文学連合（IAU）には受け入れられていません。

太陽系の衛星のうち、ガニメデとタイタンの2つは地球型惑星の水星よりも大きく、3つ目のカリストは水星よりわずかに小さいものの、いずれも質量は水星より小さい。さらに、ガニメデ、タイタン、カリスト、イオ、ルナ（地球の月）、エウロパ、トリトンの7つの衛星は、最大かつ最も質量の大きい準惑星である冥王星とエリスよりも大きく、質量も大きい。

衛星と古典的な惑星の区別は、太陽系の地動説が確立されるまで認識されていませんでした。1610年にガリレオが別の惑星の最初の衛星（木星の4つのガリレオ衛星）を発見したとき、彼はそれらを「木星の周りを不均等な間隔と周期で驚くべき速さで飛び回る4つの惑星」と呼びました。^{[ 2 ]}同様に、クリスティアーン・ホイヘンスは、1655年に土星最大の衛星タイタンを発見したとき、「planeta」（惑星）、「Stella」（星）、「luna」（月）、そしてより現代的な「satellite」（従者）という用語を用いてそれを説明しました。^{[ 3 ]}ジョヴァンニ・カッシーニは、1671年と1672年に土星の衛星イアペトゥスとレアの発見を発表したとき、それらを「 Nouvelles Planetes autour de Saturne」（土星の周りの新しい惑星）と表現しました。^{[ 4 ]}しかし、 1686年にカッシーニが土星の2つの新しい衛星（テティスとディオネ）を発見したことを『ジャーナル・ド・スカヴァン』が報じたとき、土星を「主惑星」と呼ぶことはあったものの、それらを厳密に「衛星」と呼んだ。^{[ 5 ]} 1787年にウィリアム・ハーシェルが天王星の周回軌道上の2つの天体（ティタニアとオベロン）の発見を発表したとき、彼はそれらを「衛星」および「二次惑星」と呼んだ。^{[ 6 ]}その後の自然衛星の発見報告はすべて「衛星」という用語のみを使用したが、^{[ 7 ]} 1868年の書籍『スミスの図解天文学』では衛星を「二次惑星」と呼んだ。^{[ 8 ]}

アラン・スターンは、衛星惑星を準惑星や古典的惑星と並ぶ3つの惑星カテゴリーの1つとみなしている。 ^{[ 9 ]}「惑星質量天体」という用語は、これら3つのカテゴリーすべてを包含する。[ 10 ^{]スターンと} IAUの「惑星」の定義は、静水圧平衡、つまり天体の質量が塑性変形を起こすのに十分であり、それによって天体が自身の重力によって楕円体に緩和されることに依存している。IAUの定義では、質量が「剛体力」を克服するのに十分な大きさであると規定しており、地下の海や（イオの場合）潮汐加熱によって生じたマグマによって静水圧平衡状態にある可能性のある天体については扱っていない。多くの大きな氷の衛星には地下の海が存在する可能性がある。^{[ 11 ]}

7つの最大の衛星は、静水圧平衡状態にあることが知られている準惑星冥王星よりも質量が大きい（また、冥王星よりもさらに質量が大きい準惑星エリスよりも質量が大きいことも知られている）。これら7つは、地球の月、木星の4つのガリレオ衛星（イオ、エウロパ、ガニメデ、カリスト）、土星の最大の衛星（タイタン）、海王星の最大の衛星（トリトン）である。ガニメデとタイタンは水星よりも大きく、カリストはほぼ同じ大きさである。これらの衛星はすべて楕円体である。とはいえ、水星よりも大きい2つの衛星は水星の半分以下の質量しか持たず、質量は、組成や内部温度とともに、天体が静水圧平衡状態にあるのに十分な塑性を持っているかどうかを決定する要因である。イオ、エウロパ、ガニメデ、タイタン、トリトンは一般的に静水圧平衡状態にあると考えられているが、地球の月は静水圧平衡状態にないことが知られており、カリストの状況は不明である。

さらに12個の衛星も楕円形をしており、これはそれらが歴史上のどこかの時点で平衡状態に達したことを示している。しかし、これらの衛星の中には、時間の経過とともに冷却されて剛性が増したため、もはや平衡状態にないものがあることが明らかになっている。

海王星の2番目に大きな衛星プロテウス（海王星VIII）は、地球物理学的な「惑星」の概念を議論または提唱する著者によって時折取り上げられてきた。^{[ 12 ] [ 13 ]}ミマスよりも大きいが、球形からは程遠い。

月が現在静水圧平衡状態にあるかどうかを判断するには綿密な観測が必要であり、証明するよりも反証する方が容易である。

地球の完全に岩石でできた月は数十億年前に平衡状態から外れて固まったが、^{[ 14 ]}冥王星より大きい他の6つの衛星のほとんど（そのうち4つは主に氷でできている）は、まだ平衡状態にあると考えられている。（氷は岩石よりも引張強度が低く、岩石よりも低い圧力と温度で変形する。）おそらく最も有力な証拠はガニメデで、内部の電気伝導性物質の流体運動を示す磁場があるが、その流体が金属の核なのか地下の海なのかは不明である。^{[ 15 ]} 土星の中型衛星の1つ（レア）も平衡状態にある可能性があり、^{[ 16 ] [ 11 ]} 天王星の衛星のうち2つ（ティタニアとオベロン）も同様である可能性がある。^{[ 11 ]} しかし、土星の他の楕円体衛星（ミマス、エンケラドゥス、テティス、ディオネ、イアペトゥス）はもはや平衡状態にない。^{[ 16 ]}平衡状態にないことに加えて、ミマスとテティスは密度が非常に低く、無視できない内部多孔性がある可能性が示唆されている。^{[ 17 ] [ 18 ]}その場合、それらは衛星惑星ではないだろう。天王星の3つの小さな楕円体衛星（ウンブリエル、アリエル、ミランダ）の状況は不明であり、冥王星の衛星カロンの状況も同様である。^{[ 14 ]}

TNOの衛星であるEris I Dysnomia、Orcus I Vanth、そしておそらくVarda I Ilmarëは、土星の最小の楕円体衛星であるMimasと少なくとも同程度の大きさです。しかし、太陽系外縁天体は、 土星や天王星の衛星（ 直径約400 km）よりも大きなサイズ（直径約900～1000 km）で固体になるようです。DysnomiaとVanthはどちらも直径900～1000 kmより小さい暗黒天体であり 、Dysnomiaは低密度であることが知られているため、固体ではないと考えられます。したがって、これらの天体は除外されています。^{[ 19 ]}

• 太陽系内の重力によって球形になった天体のリスト
• 太陽系天体のサイズ別一覧

• 月は惑星である：惑星科学の分類における科学的有用性と文化的目的論、フィリップ・T・メッツガー、ウィリアム・M・グランディ、マーク・サイクス、S・アラン・スターン、ジェームズ・F・ベル3世、シャーリーン・E・デテリッチ、カービー・D・ラニヨン、マイケル・サマーズ、2021年10月22日