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| 発見 | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 発見者 | ウィリアム・ハーシェル | ||||||||
| 発見日 | 1787年1月11日[1] | ||||||||
| 指定 | |||||||||
指定 | 天王星III | ||||||||
| 発音 | / t ə ˈ t ɑː n i ə , t ə ˈ t eɪ n i ə / [ 2] | ||||||||
| 形容詞 | タイタニアン/ t ə ˈ t ɑː n i ə n / [3] [a] | ||||||||
| 軌道特性 | |||||||||
| 435,910 km [4 ] | |||||||||
| 偏心 | 0.0011 [4] | ||||||||
| 8.706 234 日[4] | |||||||||
平均軌道速度 | 3.64 km/s [速度] | ||||||||
| 傾斜 | 0.340°（天王星の赤道まで）[4] | ||||||||
| 衛星の | 天王星 | ||||||||
| 身体的特徴 | |||||||||
| 788.4 ± 0.6 km (0.1235地球）[5] | |||||||||
| 7 820 000 km 2 [c] | |||||||||
| 音量 | 2 054 000 000 km 3 [日] | ||||||||
| 質量 | （3.4550 ± 0.0509）× 10 21 kg [7] | ||||||||
平均密度 | 1.683 g/cm 3 (計算値) | ||||||||
| 0.371 m/s² [e] | |||||||||
| 0.765 km/s [速度] | |||||||||
| 同期と推定される[8] | |||||||||
| アルベド |
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| 13.9 [10] | |||||||||
| 雰囲気 | |||||||||
表面圧力 | <1～2 mPa (10～20 nbar ) | ||||||||
| 体積構成 | |||||||||
ティタニア（/ t ə ˈ t ɑː n i ə , t ə ˈ t eɪ n i ə / ）は、天王星IIIとも呼ばれ、天王星の最大の衛星である。直径1,578キロメートル（981マイル）で、太陽系で8番目に大きい衛星であり、表面積はオーストラリアに匹敵する。 1787年にウィリアム・ハーシェルによって発見され、シェイクスピアの『真夏の夜の夢』に登場する妖精の女王にちなんで名付けられた。その軌道は天王星の磁気圏内にある。
ティタニアはほぼ同量の氷と岩石で構成されており、おそらく岩石の核と氷のマントルに分化している。核とマントルの境界には液体の水の層が存在する可能性がある。表面は比較的暗く、わずかに赤みがかっており、衝突と内因性プロセスの両方によって形成されたと思われる。直径最大326キロメートル (203 マイル) に達する多数の衝突クレーターで覆われているが、天王星の5つの大きな衛星のうち最も外側にあるオベロンほどクレーターは多くない。初期の内因性再表面化イベントにより、クレーターの多い古い表面が消失した可能性がある。表面は、進化の後期に内部が膨張した結果として、巨大な峡谷と断崖のシステムによって切り裂かれている。天王星のすべての主要な衛星と同様に、ティタニアは形成直後に惑星を取り囲んでいた 降着円盤から形成されたと考えられる。
2001年から2005年にかけて行われた赤外線分光法によって、チタニアの表面に氷と凍った二酸化炭素が存在することが明らかになった。これは、チタニアの表面圧力が約10ナノパスカル（10 −13バール）の希薄な二酸化炭素大気が存在する可能性を示唆している 。チタニアが恒星を掩蔽している間の測定では、大気の表面圧力の上限は1～2 mPa（10～20 nbar）とされている。天王星系は、1986年1月に宇宙船ボイジャー2号によって一度だけ詳細に研究された。この探査機はチタニアの画像を数枚撮影し、表面の約40%のマッピングに成功した。
発見と命名
タイタニアは1787年1月11日にウィリアム・ハーシェルによって発見されたが、これは彼が天王星で2番目に大きい衛星オベロンを発見したのと同じ日である。[1] [11]彼は後にさらに4つの衛星を発見したと報告したが、[12]後にそれらは偽物であることが明らかになった。[13]その後のほぼ50年間、タイタニアとオベロンはウィリアム・ハーシェルの機器以外では観測されなかったが、[14]現在の高性能なアマチュア用望遠鏡を使えば地球からこの衛星を見ることができる。 [10]
天王星の衛星はすべて、ウィリアム・シェイクスピアやアレクサンダー・ポープの創作した登場人物にちなんで名付けられている。ティターニアという名前は、 『真夏の夜の夢』の妖精の女王から取られた。[15]当時知られていた天王星の4つの衛星の名前は、1852年にハーシェルの息子ジョンが、ウィリアム・ラッセルの要請に応じて提案したもので、[16]ラッセルは前年に他の2つの衛星アリエルとウンブリエルを発見していた。 [17]ハーシェルが名前を考案したのか、ラッセルが考案してハーシェルの許可を求めたのかは定かではない。[18]
ティタニアは当初「天王星の最初の衛星」と呼ばれ、1848年にウィリアム・ラッセルによって天王星Iと命名されたが、[19]ウィリアム・ラッセルはウィリアム・ハーシェルの番号付け（ティタニアとオベロンはIIとIV）を使用することもあった。[20] 1851年にラッセルは最終的に4つの既知の衛星すべてを惑星からの距離順にローマ数字で番号付けし、それ以来ティタニアは天王星IIIと命名されている。[21]
シェイクスピアの登場人物の名前は/ t ɪ ˈ t eɪ n j ə /と発音されるが、月はよく知られている化学元素チタンとの類推から/ t aɪ ˈ t eɪ n i ə /と発音される。[22]形容詞形Titanianは土星の衛星Titanの同義語である。Titaniaという名前は古代ギリシャ語で「巨人の娘」を意味する。
軌道
ティタニアは天王星から約436,000キロメートル（271,000マイル）の距離を周回しており、天王星の5つの主要衛星の中ではオベロンに次いで2番目に遠い衛星である。[g]ティタニアの軌道は離心率が小さく、天王星の赤道に対してほとんど傾いていない。[4]公転周期は約8.7日で、自転周期と一致している。つまり、ティタニアは同期衛星または潮汐ロック衛星であり、常に片面が天王星に向いている。[8]
タイタニアの軌道は完全に天王星の磁気圏内にある。[23]これは重要なことである。なぜなら、磁気圏内を周回する衛星の後半球は、惑星と共に回転する磁気圏プラズマに衝突されるからである。[24]この衝突は、後半球の暗化につながる可能性があり、これは実際にオベロンを除くすべての天王星の衛星で観測されている（下記参照）。[23]
天王星は太陽のほぼ横向きで公転し、その衛星は惑星の赤道面を公転しているため、（ティタニアを含む）衛星は極端な季節サイクルの影響を受ける。北極と南極はどちらも42年間完全に暗闇に包まれ、さらに42年間は太陽が常に照りつけ、夏至と冬至のたびにいずれかの極の天頂近くに太陽が昇る。[23]ボイジャー2号のフライバイは南半球の1986年の夏至と一致し、南半球のほぼ全体が照らされた。42年に一度、天王星が春分を迎え、その赤道面が地球と交差すると、天王星の衛星の相互掩蔽が起こる可能性がある。 2007年から2008年にかけて、2007年8月15日と12月8日のウンブリエルによるティタニアの掩蔽を含む、同様の現象が数多く観測された。[25] [26]
構成と内部構造
タイタニアは天王星の衛星の中で最大かつ最も質量が大きく、太陽系で8番目に質量が大きく、20番目に大きい天体である。[h]密度は1.68 g/cm 3 [28]で、土星の衛星の一般的な密度よりもはるかに高く、水氷と高密度の非氷成分がほぼ同数で構成されていることがわかる。[29]後者は岩石と重有機化合物を含む炭素質物質でできている可能性がある。[8]水氷の存在は、 2001～2005年に行われた赤外線分光観測によって裏付けられており、衛星の表面に結晶性の水氷があることが明らかになっている。 [23]水氷の吸収帯は、タイタニアの先行半球の方が後続半球よりもわずかに強い。これは、後続半球でより強い水氷の特徴を示すオベロンで観測されたものとは逆である。[23]この非対称性の原因は不明ですが、天王星の磁気圏からの荷電粒子の衝突と関係がある可能性があります。この衝突は、プラズマの共回転により、後半球でより強くなります。[23]高エネルギー粒子は、水の氷を飛び散らし、氷に閉じ込められたメタンをクラスレート水和物として分解し、他の有機物を暗くして、暗い炭素を豊富に含む残留物を残す傾向があります。[23]
水を除いて、赤外線分光法によってチタニアの表面で特定された唯一の化合物は二酸化炭素であり、これは主に後縁半球に集中している。[23]二酸化炭素の起源は完全には明らかではない。太陽の紫外線や天王星の磁気圏から来る高エネルギー荷電粒子の影響下で、炭酸塩や有機物から局所的に生成された可能性がある。後者のプロセスは、後縁半球が先行半球よりも強い磁気圏の影響を受けるため、その分布の非対称性を説明できるだろう。別の可能性のある発生源は、チタニア内部の水氷に閉じ込められた原始的な二酸化炭素のガス放出である。内部からの二酸化炭素の流出は、この衛星の過去の地質活動に関連している可能性がある。[23]
チタニアは、氷のマントルに囲まれた岩石の核に分化している可能性がある。[29]この場合、核の半径520キロメートル（320マイル）は月の半径の約66％であり、その質量は月の質量の約58％であり、これらの比率は月の組成によって決まる。チタニア中心部の圧力は約0.58GPa （ 5.8kbar ）である。[29]氷のマントルの現在の状態は不明である。氷に十分なアンモニアまたはその他の不凍液が含まれていれば、チタニアは核とマントルの境界に地下の海を持つ可能性がある。この海が存在する場合、厚さは最大50キロメートル（31マイル）で、温度は約190 K（水とアンモニアの共晶温度176 Kに近い）である。[29]しかし、現在のティタニアの内部構造は、あまり知られていないその熱履歴に大きく依存している。最近の研究では、以前の理論に反して、ティタニアのような天王星最大の衛星には、実際には活発な地下海が存在する可能性があることが示唆されている。[30] [31]
表面の特徴
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天王星の衛星の中で、ティタニアは暗いオベロンとウンブリエルと明るいアリエルとミランダの中間の明るさである。[9]その表面は強い衝の急増を示しており、反射率は位相角0°（幾何アルベド）での35％から、約1°の角度で25％に減少する。ティタニアのボンドアルベドは約17％と比較的低い。[9]その表面は一般にわずかに赤い色をしているが、オベロンほど赤くはない。[32]しかし、新鮮な衝突堆積物はより青く、ウルスラクレーター付近の先行半球といくつかのグラベンに沿った滑らかな平原はいくぶん赤い。[32] [33]先行半球と後続半球の間には非対称性がある可能性があり、[34]前者は後者よりも8％赤く見える。[i]しかし、この差は滑らかな平原に関係しており、偶然である可能性がある。[32]表面の赤みは、太陽系の誕生以来の荷電粒子や微小隕石の衝突による宇宙風化の結果である可能性が高い。[32]しかし、チタニアの色の非対称性は、おそらくは不規則衛星から来た天王星系の外側から来た赤みがかった物質の集積と関係している可能性が高く、主に前半球に堆積したと考えられる。[34]
科学者たちは、ティタニアの地質学的特徴をクレーター、峡谷、断崖の3種類に分類している。[35]ティタニアの表面は、オベロンやウンブリエルの表面よりもクレーターが少なく、これは表面がはるかに新しいことを意味している。[33]クレーターの直径は、最大の既知のクレーターであるガートルードで326キロメートルに達する（ほぼ同じ大きさの劣化した盆地もある可能性がある）。[ 33]いくつかのクレーター（たとえば、ウルスラやジェシカ）は、比較的新しい氷からなる明るい衝突噴出物（光線）に囲まれている。[8]ティタニアのすべての大きなクレーターは、平らな底と中央の山頂を持っている。唯一の例外はウルスラで、中央にくぼみがある。[33]ガートルードの西側には不規則な地形の地域があり、いわゆる「無名盆地」と呼ばれています。これは直径約330キロメートル（210マイル）の、別の非常に劣化した衝突盆地である可能性があります。[33]
タイタニアの表面は、巨大な断層や崖のシステムによって交差している。場所によっては、2つの平行な崖が衛星の地殻の窪みを示し、[8]地溝を形成しており、これは峡谷と呼ばれることもある。[37]タイタニアの峡谷の中で最も目立つのはメッシーナ峡谷で、赤道からほぼ南極まで約1,500キロメートル (930マイル) にわたって続いている。[35]タイタニアの地溝は幅20～50キロメートル (12～31マイル) で、高さは約2～5キロメートルである。[8]峡谷に関係のない断崖はルペと呼ばれ、ウルスラ・クレーター近くのルシヨン・ルペがその一例である。[35]いくつかの断崖に沿った地域とウルスラ近くの地域は、ボイジャーの画像解像度では滑らかに見える。これらの滑らかな平原は、おそらくティタニアの地質学的な歴史の中で、クレーターの大部分が形成された後に再表面化されたものと考えられる。再表面化は、内部からの流体物質の噴出（氷火山活動）を伴う内因性の性質であったか、または近くの大きなクレーターからの衝突噴出物によって覆われたことによるものである可能性がある。[33]地溝はおそらくティタニアで最も新しい地質学的特徴であり、すべてのクレーターと滑らかな平原を切断している。[37]
ティタニアの地質は、衝突クレーターの形成と内因性再表面化という2つの競合する力によって影響を受けた。 [37]前者は月の全歴史を通じて作用し、すべての表面に影響を与えた。後者のプロセスも本質的には地球規模であったが、主に月の形成後の期間に活発であった。[33]これらのプロセスは、元々クレーターが密集していた地形を消滅させたため、現在の月の表面にある衝突クレーターの数が比較的少ないことが説明される。[8]再表面化のさらなるエピソードは後に発生し、滑らかな平原の形成につながった可能性がある。 [8]あるいは、滑らかな平原は近くの衝突クレーターの噴出物で覆われている可能性がある。[37]最も最近の内因性プロセスは主に地殻変動によるもので、実際には氷の地殻の巨大な亀裂である峡谷の形成を引き起こした。[37]地殻の亀裂は、ティタニアの約0.7％の地球規模の膨張によって引き起こされた。[37]
雰囲気
表面に二酸化炭素が存在することから、ティタニアには木星の衛星カリストのような希薄な二酸化炭素の季節的大気がある可能性が示唆される。[j] [5]窒素やメタンなどの他のガスは、ティタニアの弱い重力では宇宙への放出を防げないため、存在しない可能性が高い。ティタニアの夏至（89 K）の最高気温では、二酸化炭素の蒸気圧は約300 μPa（3 nbar）である。[5]
2001年9月8日、ティタニアは可視等級7.2の明るい恒星（HIP 106829）を掩蔽した。これはティタニアの直径と天体暦を改良し、存在する大気を検出する機会となった。データによると、表面圧力1～2mPa（10～20nbar）までの大気は存在しないことが明らかになった。もし存在するとすれば、トリトンや冥王星の大気よりもはるかに薄いはずである。[5]この上限は二酸化炭素の最大表面圧力よりも数倍高いため、測定値は大気のパラメータに本質的に制約を課さないことを意味する。[5]
天王星系の特異な形状により、衛星の極は赤道地域よりも多くの太陽エネルギーを受け取る。 [23] CO2の蒸気圧は温度の急峻な関数であるため、[5]チタニアの低緯度地域に二酸化炭素が蓄積する可能性があり、高アルベドパッチと表面の影になっている領域に氷の形で安定して存在する可能性がある。夏には、極地の温度が85〜90 Kに達すると、[5] [23]二酸化炭素は昇華して反対極と赤道地域に移動し、一種の炭素循環を引き起こす。蓄積された二酸化炭素の氷は、磁気圏粒子によってコールドトラップから除去され、表面から吹き飛ばされる。チタニアは、46億年前の形成以来、かなりの量の二酸化炭素を失ったと考えられている。[23]
起源と進化
チタニアは、降着円盤または亜星雲から形成されたと考えられています。これは、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か、またはおそらく天王星に大きな傾斜角を与えた巨大衝突によって形成されたガスと塵の円盤です。[39]亜星雲の正確な構成は不明ですが、チタニアと他の天王星の衛星の密度が土星の衛星に比べて比較的高いことから、比較的水が少なかった可能性があります。[k] [8]窒素と炭素は、アンモニアとメタンの代わりに一酸化炭素とN 2の形で相当量存在していた可能性があります。[39]このような亜星雲で形成された衛星には、水氷（クラスレートとして捕捉されたCOとN 2を含む）が少なく、岩石が多く含まれているため、密度が高くなっています。[8]
チタニアの集積はおそらく数千年続いた。[39]集積に伴う衝突により、月の外層が加熱された。[40]約 250 K (-23 °C) の最高温度は、約 60 キロメートル (37 マイル) の深さで達成された。[40]形成終了後、地下層は冷却され、一方チタニアの内部は岩石に含まれる放射性元素の崩壊により加熱された。 [8]冷却された表層は収縮し、内部は膨張した。これにより、月の地殻に強い伸張応力が生じ、亀裂が生じた。現在の峡谷の一部は、この結果である可能性がある。このプロセスは約 2 億年続いたため、[41]数十億年前に内因的な活動が停止したことを示唆している。[8]
初期の集積加熱と放射性元素の継続的な崩壊は、アンモニア（アンモニア水和物の形態）や塩などの不凍液が存在していた場合、氷を溶かすのに十分な強さだったと考えられます。[40]さらに融解すると、岩石から氷が分離し、氷のマントルに囲まれた岩石の核が形成されました。溶解したアンモニアを豊富に含む液体の水（海）の層が、核とマントルの境界に形成された可能性があります。[29]この混合物の共晶温度は 176 K（-97 °C）です。[29]温度がこの値を下回った場合、海はその後凍結したでしょう。水の凍結により内部が膨張し、それが峡谷の大部分の形成の原因となった可能性があります。[33]しかし、現在わかっているティタニアの地質学的進化は非常に限られています。一方、より最新の分析では、天王星のより大きな衛星は活発な地下海を持つことができるだけでなく、その下には地下海があると推定されている。[42] [43]
探検
これまでのところ、ティタニアのクローズアップ画像は、1986年1月に天王星を通過した際に撮影されたボイジャー2号探査機によるもののみである。ボイジャー2号とティタニアの最接近距離はわずか365,200 km (226,900 mi) であったため、[44]この衛星の最も良好な画像でも空間解像度は約3.4 kmである (ミランダとアリエルのみがこれより良い解像度で撮影されている)。[33]この画像は表面の約40%をカバーしているが、地質図作成に必要な精度で撮影されたのは24%に過ぎない。通過時には、ティタニアの南半球は (他の衛星と同様に)太陽に向けられていたため、北半球 (暗い方) は研究できなかった。[8]
天王星系やタイタニアを訪れた宇宙船は他にはない。現在は却下されている可能性の一つは、カッシーニを土星から天王星まで長期ミッションで送ることだった。提案されたもう一つのミッションコンセプトは、2010年頃に評価された天王星周回衛星と探査機のコンセプトだった。天王星は、前身の恒星間探査機コンセプトである革新的恒星間探査機の軌道の一部としても検討された。
天王星探査機と探査機のミッションアーキテクチャは、 2023～2032年の惑星科学十年計画調査によって、NASAのフラッグシップミッションの最優先事項として特定されました。この優先順位付けの動機となった科学的疑問には、天王星の衛星の全体的な特性、内部構造、地質史に関する疑問が含まれています。[45]天王星探査機[46]は、2013～2022年の惑星科学十年計画調査によって、 NASAのフラッグシップミッションの3番目の優先事項として以前にリストされていました。[47]
参照
注記
- ^土星の衛星 タイタンの形容詞形と同じ綴りだが、発音は異なる場合がある。
- ^ 他のパラメータに基づいて計算されます。
- ^半径 rから導かれる表面積 ：4πr²。
- ^ 半径rから導かれる体積v :4πr3 / 3。
- ^ 表面重力は質量m、万有引力定数 G、半径rから導かれます : Gm/r ²。
- ^ 質量m、重力定数 G、半径rから導かれる脱出速度 ：√ 2Gm/r。
- ^ 5つの主要な衛星は、ミランダ、アリエル、ウンブリエル、ティタニア、オベロンです。
- ^ タイタニアよりも質量の大きい7つの衛星は、ガニメデ、タイタン、カリスト、イオ、地球の月、エウロパ、トリトンである。[27]
- ^ 色は、緑色（0.52〜0.59μm）と紫色（0.38〜0.45μm）のボイジャーフィルターを通して見たアルベドの比率によって決まります。[32] [34]
- ^ カリストの表面の CO2 の分圧は約 10 nPa (10 pbar)です。
- ^ 例えば、土星の衛星テティスの密度は0.97 g/cm 3であり、90%以上の水が含まれていることを示しています。[23]
参考文献
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外部リンク
ウィキメディア・コモンズには、タイタニア (月)に関連するメディアがあります。
- 「タイタニアのプロフィール」NASA、1999年。2009年6月13日時点のオリジナルよりアーカイブ。2009年6月22日閲覧。
- NASA が公開したタイタニアの画像アーカイブ
- シカルディ、ブルーノ、ワイドマン、トーマス (2001)。「天王星の衛星タイタニアの周囲に大気はあるのか?」パリ天文台。2013年3月7日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2009年6月22日閲覧。
- ワイドマン、トーマス (2009)。「チタニアから海王星外の大型天体まで: 大気圧の 10 億分の 1 を求める地上恒星掩蔽観測」パリ天文台。2011 年 6 月 4 日時点のオリジナルからアーカイブ。2009年6 月 22 日閲覧。
- 太陽系の眺めのティタニアのページ（ティタニアのラベル付き地図を含む）
- USGS 惑星命名法ウェブサイトの Titania 命名法
