通常の月

天文学において、通常の月または通常の衛星は、比較的近く、安定した、円軌道を描いて公転する天然の衛星であり、その軌道は一般に主星の赤道に沿っています。これらは、かつて主星を取り囲んでいた破片とガスの円盤内で形成され、通常は大規模な衝突の余波、または原始惑星系円盤から蓄積された残留物質です。若い通常の月は、その後、惑星の集積に似たプロセスで周惑星系円盤内に物質を蓄積し始めます。一方、不規則な月は、主星の周りの軌道に捕獲される前に独立して形成されます。

通常の衛星は、その物理的特徴が極めて多様である。最大の通常の衛星は、重力によって丸くなるほどの大きさがあり、ガニメデとタイタンの2つの通常の衛星は水星よりも大きい。大きな通常の衛星は、多様で複雑な地質もサポートしている。いくつかの衛星は大気を持つことが知られているが、天候や気候を維持できる大きな大気を持つのはタイタンの1つだけである。その複雑さの結果、丸い通常の衛星は、惑星科学者によってそれ自体で惑星のオブジェクトと見なされることが多い。 ^[1]対照的に、最小の通常の衛星には活発な地質がない。ほとんどは多数のクレーターがあり、形が不規則で、外見は 小さな小惑星やその他の小天体に似ていることが多い。

太陽系の8つの惑星のうち6つには合わせて60個の通常の衛星^[a]があり、4つの巨大惑星（木星、土星、天王星、海王星）には最も広範で複雑な通常の衛星系があります。準惑星である可能性が最も高い9つのうち少なくとも4つ（冥王星、エリス、ハウメア、オルクス）にも通常の衛星系があります。

通常の衛星にはいくつかの異なる形成メカニズムがある。巨大惑星の通常の衛星は、惑星の形成と同様に、小さな衛星から徐々に成長し、周惑星円盤内の物質の集積から形成されたと一般的に考えられている。周惑星円盤との相互作用や互いの相互作用により、親惑星に向かって内側に螺旋状に移動するまでに、巨大惑星の周囲に複数世代の通常の衛星システムが形成されていた可能性がある。親惑星へのガスの流入が終わり始めると、ガスによって引き起こされる移動の影響が減少し、最後の世代の衛星が生き残ることができる。^[2]

対照的に、地球の月と冥王星の5つの衛星は、太陽系の歴史の初期に2つの原始惑星の間で起こった巨大衝突から生まれたと考えられています。これらの衝突により、衛星が集積できる高密度の破片の円盤が軌道上に放出されました。^{[3] [4]}巨大衝突モデルは、エリスの衛星ディスノミア、オルクスの衛星バンス、ハウメアの環と2つの衛星など、他の準惑星衛星システムの起源を説明するためにも適用されています。^[5]巨大惑星の通常の衛星システムとは対照的に、巨大衝突は異常に巨大な衛星を生み出すことがあります。カロンの冥王星に対する質量比はおよそ0.12です。^[5]

通常の衛星は、衝突や潮汐力による他の通常の衛星の破片など、二次的な破壊イベントから発生することもあります。海王星の通常の衛星は、この例である可能性が高いです。海王星の最大の衛星であるトリトンが捕獲されると、既存の原始的な衛星システムがひどく破壊されたはずです。トリトンが潮汐力によって減衰して離心率の低い軌道になると、原始的な衛星の破壊によって生じた破片が海王星の現在の通常の衛星に再集積しました。^{[6] [7] [8]}

火星の広範囲にわたる探査にもかかわらず、火星の2つの衛星の起源は依然として議論が続いている。フォボスとダイモスはもともと、近隣の小惑星帯から捕獲された小惑星であると提案されており、通常の衛星としては分類されない。スペクトル、密度、アルベドに関してC型小惑星との類似性もこのモデルをさらに裏付けている。 ^[9]

しかし、捕獲モデルは、通常の衛星に典型的な、2つの衛星の軌道が小さく、離心率と傾斜角が低いことと矛盾する可能性がある。フォボスの瓦礫の山のような性質は、捕獲起源ではないことをさらに示唆しており、ホープ探査機によるデイモスの赤外線観測では、月の表面は玄武岩質であることが明らかになっており、火星の周りで起源を持つこととより一致している。^{[10] [11]}その結果、フォボスとデイモスの起源と現在の構成をよりよく説明するために、月を形成したのと同様の巨大衝突シナリオや、フォボスの「リサイクル」モデルなど、フォボスとデイモスの原位置形成に関するさまざまなモデルが提案されている。^[10]

通常の衛星は順行軌道を特徴とし、通常は親天体に対する軌道傾斜角や離心率が小さい。これらの特徴は、その起源とその後の親天体との潮汐相互作用によって大きく左右される。巨大惑星衛星系の場合、原始惑星系円盤とよく似ており、形成中の惑星を取り囲む落下物質は、角運動量保存則により、惑星の赤道に沿った円盤状に平坦化する。^[12]結果として、周惑星系円盤から形成される衛星は、惑星の赤道とほぼ同一平面を周回する。将来の摂動により衛星の傾斜角が増加したとしても、潮汐効果により最終的には同一平面の状態に戻るように減少する。同様に、潮汐による円軌道化は、最小エネルギー状態である円軌道に向かってエネルギーを消散させることで、通常の衛星の離心率を減少させるように作用する。ハイペリオンの異常に偏心した軌道やミランダの異常に傾斜した軌道など、いくつかの通常の衛星はこれらの軌道特性から外れているが、これらの場合、軌道の偏心度と傾斜は、近隣の衛星との共鳴相互作用によって増加し、その後維持されることが多い。^{[13] [14]}

軌道共鳴は、通常の衛星系に共通する特徴であり、その進化と構造において極めて重要な側面である。このような共鳴は、参加する衛星の離心率と傾斜を刺激し、地質学的活動を維持できるかなりの潮汐加熱につながる可能性がある。この特に顕著な例は、イオ、エウロパ、ガニメデが参加している 1:2:4 平均運動共鳴 (MMR) チェーンであり、イオの火山活動とエウロパの液体の地下海に寄与している。^[15]軌道共鳴と共鳴に近い現象は、安定化および管理メカニズムとしても機能し、衛星が密集しながらも安定を保つことを可能にする。これは、冥王星の小さな外側の衛星の場合に当てはまると考えられている。^[16]少数の通常の衛星が、土星系内の4 つのトロヤ衛星であるテティスとディオネのように、さまざまな共軌道構成に参加していることが発見されている。 ^[17]

リングシステムの近傍またはリングシステム内を周回する通常の衛星は、近くの物質と重力的に相互作用し、物質を狭いリングレットに閉じ込めたり、リング内の隙間を空けたりすることがあります。このプロセスは「シェパーディング」と呼ばれます。シェパード衛星は、衝突によって放出されたリング物質の直接的な発生源として機能することもあります。その後、物質は、土星の周りのヤヌス-エピメテウスリングの場合のように、軌道上で衛星によって囲い込まれる可能性があります。^[18]

重力で丸くなるほどの大きさの19の通常の衛星のうち、いくつかは地質学的活動を示しており、さらに多くの衛星が過去の活動の兆候を示しています。エウロパ、タイタン、エンケラドゥスなどのいくつかの通常の衛星は、それぞれの親惑星からの潮汐加熱によって維持されている液体の水の地球規模の地下海を抱えていることが知られています。 ^{[19] [20] [21]これらの地下海は、広範囲にわたる氷}火山活動、表面再形成、テクトニクスなど、さまざまな地質学的プロセスを促進し、「氷マグマ」の貯留層として機能し、衛星の表面に噴出する可能性があります。^{[22] [23]}

イオは、巨大惑星の他の通常の衛星のほとんどとは対照的に、岩石で構成されており、水が極めて少ないという点で珍しい衛星です。イオの火山活動レベルが高いため、代わりに大規模な玄武岩の噴出が発生し、継続的に表面を覆い、同時に大量の硫黄と二酸化硫黄を希薄な大気に放出しています。エウロパなどの氷衛星の地下の液体の水の海と同様に、イオの地殻の下には珪酸塩マグマの地下の海があり、イオの火山活動を促進している可能性があります。^{[24] [25]}

通常の衛星に大気が存在することは稀であるが、これはほとんどの通常の衛星が比較的小型で大気の流出率が高いためと考えられる。いくつかの通常の衛星ではより薄い大気が検出されており、ガリレオ衛星にはすべて大気が存在することが知られている。エウロパ、ガニメデ、カリストの希薄な大気は、宇宙風化により氷の表面から吹き飛ばされた酸素で大部分が構成されている。^{[26] [27] [28]}イオの大気は火山のガス放出によって内因的に生成され、主に二酸化硫黄( SO ₂ ) からなる薄い大気を作り出している。イオの表面温度は二酸化硫黄の沈着点よりも低いため、放出された物質のほとんどはすぐに表面に凍結するが、イオの大気の主な支えが火山のガス放出なのか昇華なのかは不明である。^{[29] [30]}

通常の衛星の1つであるタイタンは、窒素を主成分とする濃い大気と、表面に安定した炭化水素湖を抱えている。タイタンの濃く霞んだ大気、表面、そして「炭化水素循環」の複雑な相互作用により、川に浸食された峡谷や氾濫原、カルスト地形、広大な赤道砂丘など、多くの珍しい地形が生み出されている。^{[31] [32]}

通常の衛星のほとんどは、その親惑星に対して潮汐固定されているが、いくつかの例外が知られている。そのような例外の1つは土星のヒペリオンであり、その不規則な形状に対するタイタンの重力の影響により、カオス的な自転を示している。ヒペリオンのカオス的な自転は、タイタンとの3:4の軌道共鳴によってさらに促進される可能性がある。^[13]同様に細長い冥王星の4つの小さな周連星衛星も、カロンの影響下でカオス的に自転しており、一般的に非常に高い軸傾斜を持っている。^[33]ハウメアのより大きな外側の衛星であるヒイアカは、光度曲線データにより、約9.8時間という非常に速い自転周期を持つことが明らかになった。これは、公転周期の約120倍の速さである。ナマカの結果はそれほど明確ではなく、より遅い自転周期または軌道面に対する大きな軸傾斜を伴う極上配置を示している可能性がある。^[34]

ユニークなことに、カロンは冥王星とも潮汐ロックするほどの大きさがあり、相互潮汐ロック状態を作り出し、カロンは冥王星の片方の半球からのみ見え、逆もまた同様である。同様に、エリスは衛星ディスノミアと潮汐ロックしていることが観測されており、これは衛星としては異常に高い密度を示している可能性がある。^[35]

通常の衛星は、その近さと長い共通の歴史により、主衛星に大きな影響を与える可能性があります。この身近な例としては、地球上の月によって引き起こされる海の潮汐があります。地球が月に潮汐力を発生させ、その結果として潮汐ロックが発生するのと同様に、月は地球上に潮汐力を発生させ、それがほぼ日周的な海面の上昇と下降として最も顕著に現れます（ただし、沿岸の地形によっては半日周期または複雑なパターンになることもあります）。^[36]

イオの火山活動は木星との激しい相互作用を引き起こし、イオの軌道を取り囲むほぼトロイダル状の領域にイオプラズマトーラスと、月のすぐ周囲を取り囲む硫黄、酸素、ナトリウム、カリウム原子の中性雲を形成します。 ^[37]プラズマトーラスから逃げるイオンが木星の異常に広い磁気圏の原因であり、内部圧力を発生させて磁気圏を内側から膨らませます。^[38]木星の強力な磁場はまた、イオの大気と強力な磁束管を結合し、それに関連する中性雲を木星の極上層大気と結合させ、オーロラの強い輝きの領域を生み出します。^[37]同様の、しかしはるかに弱い磁束管が他のガリレオ衛星にも関連していることが発見されました。

太陽系の外縁にある通常の衛星は、内部に大量の液体の水を保持できるため、地球外生命の探索のターゲットとして科学者の関心を集めています。地下の海は複雑な有機化学物質を宿すことができると考えられており、この期待は、エウロパの海でさまざまな塩が間接的に検出されたことや、エンケラドゥスの噴煙で有機化合物とシアン化水素が検出されたことで裏付けられました。^{[39] [40] [41] [42]}その結果、いくつかの通常の衛星の内部海の性質と潜在的な居住可能性を調査するための専用ミッションが提案され、打ち上げられました。^{[43] [44]}

• 木星氷衛星探査機（ジュース）は、欧州宇宙機関（ESA）が開発し打ち上げたミッションで、エウロパ、ガニメデ、カリストを調査し、それぞれの地下海を調査する計画である。ジュースは現在、木星に向かっている。^[45]
• エウロパ・クリッパーは、 NASAが現在開発中のミッションであり、エウロパの内部と噴煙の活動をより詳しく調査するために、エウロパを44回フライバイする予定です^{。 [46]}この宇宙船は2024年10月に打ち上げられ、現在は木星に向かっています。 ^[47]

• 火星衛星探査計画（ MMX ）は、 JAXAが開発中のサンプルリターンミッションである。探査機は2026年に打ち上げられ、2027年までに火星に到着してフォボスのデータを収集した後、月の表面サンプルを採取して2031年までに地球に帰還する予定である。MMXの主な目標は、火星の衛星の起源と歴史をより正確に解明することである。 ^[48]
• ドラゴンフライはNASAが開発中のミッションであり、ロボット回転翼機をタイタンの表面に送り、タイタンの複雑な大気と地表の化学を研究することを目的としています。 ^[49] ドラゴンフライは現在2028年7月に打ち上げられる予定です。 ^[50]

• 不規則な月 – 不規則な軌道をたどる衛星を撮影
• 内衛星 – より大きな衛星の軌道の内側を周回する自然衛星
• 軌道共鳴 – 軌道を周回する物体の規則的かつ周期的な相互重力影響