天王星の衛星

ハーシェルは1787年1月11日にティタニアとオベロンを発見した後、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つの衛星系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、1851年のラッセルの観測ではアリエルとウンブリエルが発見されたが、ハーシェルの観測を裏付けるものではなかった。ハーシェルがティタニアとオベロン以外の衛星を観測していたとすれば、アリエルとウンブリエルは間違いなく観測していたはずであり、軌道特性においてハーシェルの4つの追加衛星のいずれとも一致しなかった。ハーシェルの4つの偽衛星は、恒星周期が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た。^{[ 17 ]}そのため、ハーシェルの4つの衛星は偽物であり、おそらく天王星付近の暗い星を衛星と誤認したことに起因し、アリエルとウンブリエルの発見の功績はラッセルに帰せられたと結論付けられた。^{[ 18 ]}

2026年現在、天王星には14個の内衛星があり、その軌道はすべてミランダの軌道の内側にあることが知られています。^{[ 13 ]}内衛星の一部は、軌道距離が似ていることから2つのグループに分類されます。1つは、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、もう1つは、キューピッド、ベリンダ、ペルディタの3つの衛星を含むベリンダ・グループです。^{[ 13 ] [ 23 ]}オフィーリアとビアンカの間を公転する天王星XXVIIIは、これらのグループのどちらにも分類されません。^{[ 24 ]}すべての内衛星は、おそらく1つまたは複数の小さな内衛星の断片化によって生じた天王星の環と密接に関連しています。 ^{[ 25 ]}最も内側の2つの衛星、コルデリアとオフィーリアは天王星のε環の羊飼いであり、一方、小さな衛星マブは天王星の最も外側のμ環の源である。^{[ 13 ]}天王星のα環とβ環の外側約100kmのところに、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。^{[ 26 ]}  

パックは直径162kmで 、天王星の内側衛星の中で最大であり、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す。パックとマブは、天王星の最も外側の内側衛星2つです。すべての内側衛星は暗い天体で、幾何学的アルベドは10%未満です。^{[ 27 ]}これらは、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ます。^{[ 28 ]} 

内側の衛星は、特に密集したポーシャ群とベリンダ群の中で、互いに絶えず摂動を与え合っている。このシステムは混沌としており、明らかに不安定である。^{[ 29 ]}シミュレーションによると、衛星は互いに摂動を与え合って軌道が交差し、最終的には衛星同士の衝突につながる可能性がある。^{[ 13 ]}デズデモナは今後100万年以内にクレシダと衝突する可能性があり、^{[ 30 ]}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。ペルディタとジュリエットは後の衝突に関与する可能性がある。^{[ 31 ]}このため、環と内側の衛星は常に変動しており、衛星は短い時間スケールで衝突と再集積を繰り返している可能性がある。^{[ 31 ]}

天王星には、ミランダ、アリエル、ウンブリエル、ティタニア、オベロンの5 つの主要な衛星があります。これらの衛星の直径は、ミランダの 472 kmからティタニアの 1578 km までです。^{[ 22 ]}これらの衛星はすべて比較的暗い天体です。幾何学的アルベドは 30 ～ 50% の間で変化し、ボンドアルベドは 10 ～ 23% の間です。^{[ 27 ]}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です。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) までです。比較のために、月の質量は 7.5 × 10 ²² kg、直径は 3474 km です。^{[ 32 ]}天王星の主要な衛星は、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、あるいは天王星が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る。^{[ 33 ] [ 34 ]}この見解は、冥王星やハウメアのような準惑星と共通する表面特性である、それらの大きな熱慣性によって裏付けられている。^{[ 35 ]}これは、古典的な海王星以遠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っている。^{[ 36 ]}これは、別の起源を示唆している。            

主要な衛星はすべて、岩石と氷がほぼ同量で構成されているが、ミランダは主に氷でできている。^{[ 37 ]}氷の成分には、アンモニアと二酸化炭素が含まれている可能性がある。^{[ 38 ]}それらの表面はクレーターだらけだが、ウンブリエルを除くすべての衛星は、線状構造（峡谷）の形で内因性の表面更新の兆候を示しており、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。^{[ 3 ]}上昇ダイアピルに関連する伸張プロセスがコロナの起源の原因であると考えられる。^{[ 39 ]}アリエルは衝突クレーターが最も少なく、表面が最も若いように見える一方、ウンブリエルの表面は最も古いように見える。^{[ 3 ]}ミランダとウンブリエルの過去の3:1の軌道共鳴とアリエルとティタニアの過去の4:1の共鳴が、ミランダとアリエルで大きな内因性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。^{[ 40 ] [ 41 ]} 過去の共鳴の証拠の一つは、惑星に非常に近い天体としてはミランダの軌道傾斜角が異常に大きいこと (4.34°) である。 ^{[ 42 ] [ 43 ]}天王星の最大の衛星は内部分化しており、中心に岩石質の核があり、氷のマントルに囲まれている可能性がある。^{[ 37 ]}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宿している可能性がある。^{[ 37 ]}天王星の主要な衛星は、大気のない天体である。例えば、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る 。^{[ 44 ]}

天王星とその主要な衛星の夏至の期間中、その地域の空における太陽の軌跡は、他のほとんどの太陽系惑星で見られる軌跡とはかなり異なります。主要な衛星は、天王星とほぼ同じ自転軸の傾きを持っています（その自転軸は天王星の自転軸と平行です）。^{[ 3 ]}半球の夏の間、太陽は天の極の周りを円を描くように空を移動し、最も近いときは天の極から約 7 度の位置にあります。 ^{[ c ]}赤道付近では、太陽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）。緯度が 7 度より高い場合、太陽は直径約 15 度の円を描き、半球の夏の間は沈むことなく、天王星の春分点のときに天の赤道上に移動し、半球の冬の間は地平線の下に隠れて見えなくなります。

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 ) まで様々です。^{[ 45 ]}これらの衛星のうち 5 つは自転周期が測定されており、平均すると、天王星系の衛星は他の巨大惑星の不規則衛星よりも速く自転しています。^{[ 36 ]}これは、天王星系内でより頻繁またはよりエネルギーの高い衝突の歴史を反映している可能性があります。^{[ 36 ]}

天王星の不規則衛星の既知の数が少ないため、どの衛星が類似した軌道特性を持つグループに属するかはまだ明らかになっていません。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群で、軌道距離が600万～700万km（370万～430万マイル）、軌道傾斜角が141～144°のところに集中しています。^{[ 15 ]}カリバン群には、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ています。^{[ 15 ]}さらに、逆行衛星は、より小さく円に近い軌道を持つものと、より大きく偏心軌道を持つものの2つの大きなカテゴリーに統計的に有意に分けられます。^{[ 4 ] [ 46 ]}ただし、軌道傾斜角はほぼランダムに分布しています。^{[ 46 ]}    

天王星は、逆行衛星が他の巨大惑星の衛星ほど惑星から遠く離れて公転していないという点でやや独特であり、順行不規則衛星は1つしかない。^{[ 47 ]}マーガレットは天王星の唯一知られている不規則順行衛星であり、太陽系の衛星の中で最も偏心した軌道の1つである。

軌道傾斜角 60° < i < 140° の中間領域には、コザイ不安定性のため既知の衛星は存在しない。^{[ 4 ]}この不安定領域では、遠点における太陽の摂動により衛星が大きな軌道離心率を獲得し、内側の衛星との衝突や放出につながる。不安定領域における衛星の寿命は 1000 万年から 10 億年である。^{[ 4 ]}