天然衛星

天然衛星は、最も一般的な用法では、惑星、準惑星、または太陽系の小天体（または別の天然衛星）を周回する天体です。天然衛星は、地球の月に由来して、口語的に衛星と呼ばれます。

太陽系には、合計288個の天然衛星を含む6つの惑星衛星系があります。天文学者によって一般に準惑星と考えられている7つの天体も、天然衛星を持つことが知られています。オルクス、冥王星、ハウメア、クワオアー、マケマケ、ゴンゴン、エリスです。^[1] 2022年1月現在、天然衛星を持つことが知られている小惑星は他に447個あります。^[2]

惑星は通常、その周囲を周回する天然衛星の少なくとも約10,000倍の質量を持ち、それに応じて直径もはるかに大きい。^[3]地球-月系は太陽系の中ではユニークな例外であり、直径3,474キロメートル（2,158マイル）の月は、地球の直径の0.273倍、質量は地球の約1 ⁄ 80^{である。 [4]}次に大きい比率は、海王星-トリトン系の0.055（質量比は約1対4790）、土星-タイタン系の0.044（質量比は地球-月系の次に大きく、1対4220）、木星-ガニメデ系の0.038、天王星-チタニア系の0.031である。準惑星のカテゴリーでは、カロンの比率が最大で、冥王星の直径の0.52、質量の12.2%です。

最初に知られた天然衛星は月ですが、 1543年にコペルニクスが『天体回転論』を発表するまでは「惑星」と考えられていました。1610年にガリレオ衛星が発見されるまで、そのような天体をクラスとして参照する機会はありませんでした。ガリレオは発見したものをPlanetæ (「惑星」)と呼ぶことを選択しましたが、後の発見者はそれらを周回する天体と区別するために他の用語を選択しました。^{[引用が必要]}

軌道を周回する天体を説明するのに「衛星」という用語を最初に使ったのは、1610年に出版したドイツの天文学者ヨハネス・ケプラーの小冊子「木星の4つの衛星の観測について」の中でのことでした。ケプラーは、この用語をラテン語のsatellesから派生させました。これは「守護者」「随伴者」「仲間」を意味し、衛星が天空の旅路で主惑星に随伴していたことに由来しています。^[5]

衛星という用語は、惑星を周回する物体を指す一般的な用語となり、「月」の曖昧さを回避しました。しかし、1957年に人工物体スプートニクが打ち上げられたため、新しい用語が必要になりました。^[5]人工衛星と人工月という用語はすぐに廃止され、より単純な衛星が採用されました。その結果、この用語は主に宇宙を飛行する人工物体に関連付けられるようになりました。^[要出典]

この意味の変化により、大衆科学やフィクションの作品で一般的な意味で使用され続けていた「月」という用語は、再び信頼されるようになり、現在では科学論文でも「自然衛星」と互換的に使用されている。地球の自然衛星である月や他の惑星の自然衛星と混同する曖昧さ、および人工衛星との混同を避ける必要がある場合は、「自然」を「人工」とは対照的な意味で使用して「自然衛星」という用語が使用される。さらに曖昧さを避けるため、慣例により、地球の自然衛星（固有名詞）を指す場合は「月」という単語を大文字で表記するが、他の自然衛星（普通名詞）を指す場合は大文字で表記しない。

多くの著者は「衛星」または「天然衛星」を、何らかの惑星または小惑星を周回するものと定義し、「月」と同義としている。このような定義によれば、すべての天然衛星は月であるが、地球や他の惑星は衛星ではない。^{[6] [7] [8]} 最近の著者の中には、「月」を「惑星または小惑星の衛星」と定義し、「惑星」を「恒星の衛星」と定義している者もいる。このような著者は、地球を「太陽の天然衛星」とみなしている。^{[9] [10] [11]}

「月」とみなされるものの下限は確立されていない。太陽系の惑星の周りを公転するすべての自然天体は、直径1キロメートルほどの小さなものも含め、月とみなされてきたが、土星の環の中にあるその10分の1の大きさの物体は直接観測されておらず、小衛星と呼ばれてきた。ダクティルのような小さな小惑星の衛星（小惑星の自然衛星）も小衛星と呼ばれてきた。^[12]

上限も曖昧である。2 つの軌道を周回する天体は、主天体と衛星ではなく、二重惑星として説明されることがある。90アンティオペなどの小惑星は二重小惑星と見なされているが、衛星を構成するものの明確な定義を強制していない。一部の著者は、冥王星 - カロン系を二重 (準) 惑星であると考えている。^{衛星と見なされるものの最も一般的}な境界線は、重心が大きな天体の表面より下にあるかどうかであるが、これは距離と相対質量に依存するため、いくぶん恣意的である。

惑星に比較的近くを順行で傾斜のない円軌道で周回する天然の衛星（規則衛星）は、一般に、主惑星を形成した原始惑星系円盤の同じ崩壊領域から形成されたと考えられている。 ^{[13] [14]}対照的に、不規則衛星（一般に遠く、傾斜し、偏心し、逆行する軌道で周回する）は、衝突によってさらに断片化された可能性のある捕獲された小惑星であると考えられている。太陽系の主要な天然衛星のほとんどは規則軌道を持ち、小さな天然衛星のほとんどは不規則軌道を持っている。^[15]月と冥王星の衛星は、太陽系の歴史の初期に2つの大きな原始惑星が衝突して発生したと考えられているという点で、大きな天体の中では例外である（巨大衝突仮説を参照）。^{[16] [17]}中心天体の周りを周回していた物質は再集積して1つ以上の軌道上の天然衛星を形成したと予測されている。惑星サイズの天体とは対照的に、小惑星の衛星は一般的にこのプロセスによって形成されると考えられている。トリトンはもう一つの例外である。大きくて円軌道に近いが、その動きは逆行しており、捕獲された準惑星であると考えられている。

太陽中心軌道からの小惑星の捕獲は必ずしも永続的ではない。シミュレーションによると、一時的な衛星はよくある現象であるはずである。[ ^{18] [19]}観測された唯一の例は1991 VG、2006 RH 120、2020 CD 3である。

2006 RH 120は2006年と2007年の9か月間、地球の一時的な衛星でした。 ^{[20] [21]}

太陽系のほとんどの通常の衛星（比較的近い順行軌道を描き、軌道傾斜角と軌道離心率が小さい天然衛星）は、それぞれの主衛星に潮汐固定されており、天然衛星の同じ面が常にその惑星を向いている。この現象は、惑星によって生じる潮汐力によるエネルギー損失によって発生し、衛星の自転が無視できるほど遅くなる。^[22]例外も知られており、そのような例外の1つは土星の天然衛星ヒュペリオンで、タイタンの重力の影響で無秩序に自転している。冥王星の4つの小さな周連星衛星もカロンの影響で無秩序に自転している。^[23]

対照的に、巨大惑星の外側の天然衛星（不規則衛星）は、固定されるには遠すぎる。例えば、木星のヒマリア、土星のフェーベ、海王星のネレイドは、自転周期が10時間程度であるのに対し、公転周期は数百日である。

「衛星の衛星」やサブ衛星（惑星の自然衛星を周回する自然衛星）は、現在のところ知られていない。ほとんどの場合、惑星の潮汐力の影響により、そのようなシステムは不安定になる。

しかし、2008年に土星の衛星レアの周囲にリングが存在する可能性が発見された後に行われた計算^[24]では、レアを周回する衛星は安定した軌道をとる可能性があることが示唆されている。さらに、疑わしいリングは幅が狭いと考えられており^{[25]、これは通常}羊飼い衛星に関連する現象である。しかし、カッシーニ宇宙船が撮影したターゲット画像では、レアのリングは検出されなかった^{[26] 。}

土星の衛星イアペトゥスには過去に衛星があったという説もあり、これはイアペトゥスの赤道尾根を説明するために提唱されたいくつかの仮説のうちの1つである。^[27]

光度曲線の分析によると、土星の不規則衛星キビウクは極めて扁長であり、接触連星または連星衛星である可能性が高いことが示唆されている。^[28]

2 つの天然衛星が、その軌道上で天体の前方 60 度と後方 60 度に位置する L 4 および L 5 ラグランジュ点の両方に小さな伴衛星を持つことが知られています。これらの伴衛星は、軌道が木星のトロヤ小惑星に類似していることから、トロヤ_衛星と呼ば_れ ています。トロヤ衛星は、土星の衛星テティスの先頭と後続の伴衛星であるテレストとカリプソ、および土星の衛星ディオネの先頭と後続の伴衛星であるヘレーネとポリュデウケスです。

1990 年代初頭に243 Idaの天然衛星Dactylが発見されたことで、一部の小惑星には天然衛星があることが確認されました。実際、87 Sylviaには 2 つの衛星があります。 90 Antiopeなど、いくつかの小惑星は、2 つの同程度の大きさの要素を持つ二重小惑星です。

海王星の衛星プロテウスは、不規則な形をした最大の自然衛星である。エリスの衛星ディスノミアとオルクスの衛星バンスの形状は不明である。天王星のミランダ以上の大きさのその他の既知の自然衛星はすべて、静水圧平衡下で丸みを帯びた楕円体に陥っており、つまり「丸い/丸みを帯びた衛星」であり、惑星質量衛星として分類されることもある。(ディスノミアの密度は十分に高いことが知られており、おそらく固体楕円体でもある。) より大きな自然衛星は、潮汐固定されているため、卵形(卵のような)形状になる傾向がある。つまり、極がずんぐりしていて、赤道軸は主星(惑星)の方向のほうが運動方向よりも長い。たとえば、土星の衛星ミマスの長軸は極軸より 9% 長く、赤道軸より 5% 長い。土星の別の衛星であるメトーネは、直径がわずか約3kmで、見た目は卵形です。この影響は、特に質量の小さい惑星を周回する、または月のように遠方を周回する衛星の重力が潮汐力の歪みの影響に比べて大きい、最も大きな天然衛星では小さくなります。

太陽系には、重力で丸くなるほどの大きさを持つ20個の既知の天然衛星があり、そのうちのいくつかは現在でも地質学的に活動的である。イオは太陽系で最も火山活動が活発な天体であり、エウロパ、エンケラドゥス、タイタン、トリトンには進行中の地質活動と氷火山活動の証拠が見られる。最初の3つの場合、地質学的活動は、巨大惑星の主星に近い偏心軌道を持つことから生じる潮汐加熱によって駆動されている。（このメカニズムは、軌道が円形になる前の過去にはトリトンでも機能していたと思われる。）地球の月、ガニメデ、テティス、ミランダなど他の多くの天然衛星は、原始放射性同位体の崩壊、過去のより大きな軌道偏心率（過去の軌道共鳴による場合もある）、または衛星内部の分化や凍結などのエネルギー源から生じた過去の地質学的活動の証拠を示している。エンケラドゥスとトリトンはどちらも間欠泉に似た活発な地形を持っていますが、トリトンの場合は太陽熱がエネルギー源となっているようです。タイタンとトリトンにはかなりの大気があり、タイタンには炭化水素湖もあります。ガリレオ衛星4つすべてに大気がありますが、非常に薄いです。^{[29] [30] [31]}最も大きな天然衛星のうちの4つ、エウロパ、ガニメデ、カリスト、タイタンには地下に液体の水の海があると考えられており、より小さなエンケラドゥスにも地球規模の液体の水の地下の海があります。

太陽系内で惑星と準惑星以外に、衛星を持つことが知られている天体は、小惑星帯に76個（2個ずつの小惑星が5個）、木星トロヤ群小惑星が4個、地球近傍天体が39個（2個ずつの衛星が2個）、火星横断小天体が14個ある。^[2]また、太陽系外縁天体の衛星も84個知られている。^[2]土星の環の中にはさらに150個ほどの小天体が観測されているが、軌道を定めるのに十分な長さの追跡が行われたものはごくわずかである。他の恒星の周りの惑星にも衛星がある可能性が高く、これまでに多数の候補天体が検出されているが、まだ確認されていない。

内惑星のうち、水星と金星には衛星がない。地球には月として知られる大きな衛星が1つある。火星にはフォボスとダイモスという2つの小さな衛星がある。巨大惑星には広大な衛星システムがあり、地球の月と大きさが匹敵する6つの衛星、ガリレオ衛星4つ、土星のタイタン、海王星のトリトンがある。土星にはさらに、静水圧平衡に達するほどの大きさの中型衛星が6つあり、天王星には5つある。一部の衛星には生命が存在する可能性があると示唆されている。^[32]

天文学者が準惑星であると一般的に認めている天体のうち、ケレスとセドナには天然の衛星が知られていない。冥王星には比較的大きな天然衛星カロンと、ステュクス、ニクス、ケルベロス、ヒドラの4つの小さな天然衛星がある。^[33] ハウメアには2つの天然衛星があり、オルクス、クワオアー、マケマケ、ゴンゴン、エリスにはそれぞれ1つずつある。冥王星・カロン系は、質量の中心が2つの間の空間にあるという点で珍しく、これは二重惑星系に時々見られる特徴である。

太陽系で最大の7つの天然衛星（直径が2,500 kmを超えるもの）は、木星のガリレオ衛星（ガニメデ、カリスト、イオ、エウロパ）、土星の衛星タイタン、地球の月、海王星に捕獲された天然衛星トリトンです。これらのうち最小のトリトンの質量は、それより小さな天然衛星すべてを合わせた質量よりも大きいです。同様に、次のサイズグループである9つの中型天然衛星（直径1,000 kmから1,600 km）では、ティタニア、オベロン、レア、イアペトゥス、カロン、アリエル、ウンブリエル、ディオネ、テティスですが、最小のテティスの質量は、それより小さな天然衛星すべてを合わせた質量よりも大きいです。さまざまな惑星の天然衛星の他に、準惑星、小惑星、その他の太陽系小天体の天然衛星も80以上知られています。いくつかの研究では、海王星外縁天体の最大 15% に衛星が存在する可能性があると推定されています。

以下は、太陽系の天然衛星を直径別に分類した比較表です。右の列には、比較のために、いくつかの著名な惑星、準惑星、小惑星、および太陽系外縁天体が含まれています。惑星の天然衛星は、神話の人物にちなんで名付けられています。これらは主にギリシャ語ですが、天王星の天然衛星はシェークスピアの登場人物にちなんで名付けられています。丸いほどの大きさがある 20 個の衛星は、以下の表で太字で示されています。丸さに関して文献で意見の相違がある小惑星および衛星は、以下の表で斜体で示されています。

ウィキメディア・コモンズには、衛星に関連するメディアがあります。

• 天然衛星物理パラメータ (JPL-NASA、参考文献付き – 最終更新 2006 年 7 月)
• 太陽系の衛星（惑星協会、2009 年 3 月現在）
• JPLの太陽系ダイナミクスページ
• 「太陽系の天体はいくつあるか」NASA/JPL太陽系ダイナミクス。 2012年1月26日閲覧。
• 惑星の名前: 惑星と衛星の名前と発見者
• 「衛星の大きさの上限を説明」ケリー・ヤング。ネイチャー（第441巻、834ページ）2006年6月14日
• 惑星と主要な衛星の画像（縮尺は正確ではありません）
• 惑星協会 – 月のモンタージュ
• ケビン・M・ギルによる月の写真アルバム
• ナショナル ジオグラフィック協会の月地図帳

• シェパード、スコット・S.「木星の衛星と月のページ」。カーネギー科学研究所地球磁気学科。2018年5月31日時点のオリジナルよりアーカイブ。2018年3月8日閲覧。* スコット・S・シェパード
• スコット・S・シェパード

• 衛星ハンターが土星の新しい衛星 4 つを発見 デビッド ブランド | 2000 年 10 月 26 日
• 土星の新しい衛星 S/2003 S1 スコット・S・シェパード