バルカノイド

バルカン小惑星群は、水星の軌道の内側の力学的に安定した領域で太陽を周回する仮説上の小惑星群である。水星の軌道の不規則性に基づいて提唱され、後に一般相対性理論によって説明できることがわかった仮想惑星バルカンにちなんで名付けられた。これまでのところ、バルカン小惑星群は発見されておらず、存在するかどうかもまだ明らかではない。

もし存在するとしても、バルカン系小惑星は非常に小さく、太陽の明るい輝きの近くにあるため、簡単に探知を逃れる可能性がある。太陽に近いため、地上からの捜索は薄明時または日食のときにしか行えない。バルカン系小惑星は直径が約100メートル（330フィート）から6キロメートル（3.7マイル）の間で、太陽と水星の間の重力安定帯の外縁近くのほぼ円軌道上にあると考えられる。これらはアティラ小惑星とは区別する必要がある。アティラ小惑星は近日点が水星の軌道内にある可能性があるが、遠日点は金星の軌道まで、または地球の軌道内にまで及ぶ。水星の軌道を横切るため、これらの天体はバルカン系小惑星としては分類されない。

バルカン類が発見されれば、科学者は惑星形成の初期段階の物質や、太陽系の初期段階で一般的だった状況についての洞察を得ることができるかもしれない。太陽系の他のすべての重力的に安定した領域には物体が存在することが発見されているが、非重力の力（ヤルコフスキー効果など）や太陽系発達の初期段階で移動する惑星の影響により、この領域にあった可能性のある小惑星は枯渇している可能性がある。

水星の軌道の内側にある天体は、何世紀にもわたって仮説が立てられ、探究されてきました。ドイツの天文学者クリストフ・シャイナーは、 1611年に太陽の前を通過する小天体を見たと考えていましたが、後にこれらは太陽黒点であることが判明しました。^[1] 1850年代に、ユルバン・ルヴェリエは水星の軌道を詳細に計算し、水星の近日点歳差運動が予測値とわずかに異なることを発見しました。彼は、水星の軌道内にある小惑星または小惑星のリングの重力の影響がこのずれを説明できると仮定しました。その後まもなく、アマチュア天文学者のエドモン・レスカルボーが、ルヴェリエの提案した惑星が太陽を通過するのを見たと主張しました。この新しい惑星はすぐにバルカンと名付けられたが、その後は再び発見されることはなく、水星の軌道の異常な挙動は1915年にアインシュタインの一般相対性理論によって説明された。バルカン類は、この仮想惑星にちなんで名付けられた。^[2]レスカーボーが見たものは、おそらく別の太陽黒点であった。^[3]

バルカン系小惑星は、もし存在したとしても、近くの太陽の強いまぶしさのために発見するのが難しいため、^[4]地上での捜索は薄暮時または日食時にしか行うことができません。^[5] 1900年代初頭には日食中の捜索が何度か行われましたが、^[6]バルカン系小惑星は発見されず、日食中の観測は今でも一般的な捜索方法となっています。^[7]従来の望遠鏡は、近くの太陽によって光学系が損傷する可能性があるため、捜索には使用できません。^[8]

1998年、天文学者たちはSOHO宇宙船のLASCO装置（3台のコロナグラフのセット）のデータを分析した。その年の1月から5月の間に取得されたデータには、7等級より明るい小惑星は見られなかった。これは、小惑星が水星と同様のアルベドを持っていると仮定すると、直径約60キロメートル（37マイル）に相当する。特に、スケール相対性理論によって予測された0.18AUの距離にある大きな小惑星は除外された。^[9]

その後、火山性小惑星を発見する試みでは、天文観測機器を地球の大気圏外、薄明の空が地上よりも暗く澄んでいる高度まで運ぶことが行われた。^[10] 2000年、惑星科学者のアラン・スターンはロッキードU-2偵察機を使って火山性小惑星帯の調査を行った。飛行は薄明時に高度21,300メートル（69,900フィート）で行われた。^[11] 2002年、彼とダン・ダーダはF-18戦闘機で同様の観測を行った。彼らはモハーベ砂漠上空15,000メートル（49,000フィート）の高度を3回飛行し、サウスウエスト万能空中画像システム（SWUIS-A）で観測を行った。^[12]

この高度でも大気は存在しており、火山体の探索を妨げる可能性がある。2004年には、地球の大気圏外にカメラを設置するため、弾道飛行が試みられた。1月16日、ニューメキシコ州ホワイトサンズからブラックブラントロケットが打ち上げられ、VulCam ^[13]と呼ばれる強力なカメラを搭載し、10分間の飛行を行った。^[4]この飛行では高度274,000メートル (899,000フィート) ^[13]に到達し、50,000枚以上の画像を撮影した。いずれの画像にも火山体は写っていなかったが、技術的な問題があった。^[4]

NASAの2機のSTEREO探査機によるデータの調査では、バルカン型小惑星は検出されなかった。^[14]直径5.7キロメートル（3.5マイル）を超えるバルカン型小惑星が存在するかどうかは疑わしい。^[14]

メッセンジャー宇宙探査機は火山帯の外側の領域の画像をいくつか撮影し たが、損傷を避けるために機器を常に太陽から遠ざける必要があったため、撮影の機会は限られていた。^{[15] [16]}しかし、2015年に打ち上げが終わるまで、この探査機は火山帯に関する実質的な証拠を生み出すことができなかった。

2021年8月13日、水星の軌道のかなり内側に近日点を持つ小惑星2021 PH 27が発見されました。太陽への最短距離は0.1331 AUで、水星の近日点である0.307499 AUの2倍以上太陽に近づきます。これにより、最接近は、仮定されているバルカン半島帯のかなり内側になります。

ヴルカノイド小惑星は、水星の軌道長半径（0.387 AU）よりも小さい 軌道長半径を持つ安定した軌道にある小惑星です。 ^{[7] [17]これには、太陽}に接近する彗星のような天体は含まれません。太陽に接近する彗星は近日点が水星の軌道の内側にあるにもかかわらず、半径長半径がはるかに大きいためです。^[7]

バルカン状小惑星は、水星の軌道の内側、太陽から0.06～0.21 AUの距離にある重力的に安定した帯状領域に存在すると考えられている。^[18]太陽系の他の同様に安定した領域にも物体が存在することが確認されているが^[8]、放射圧^{[9] 、} ポインティング・ロバートソン抗力^[18]、ヤルコフスキー効果^[5]などの非重力の力によって、バルカン状小惑星の領域は元々含まれていたものが枯渇している可能性がある。半径1キロメートル (0.62マイル) を超えるバルカン状小惑星は、残っていたとしても300～900個以下であろう。^[19] 2020年の研究では、ヤルコフスキー・オキーフ・ラジエフスキー・パダック効果は、太陽系の年齢よりもはるかに短い時間スケールで、半径100 kmもの仮想的なバルカン状小惑星を破壊するのに十分強いことが判明した。バルカン小惑星となる可能性のある小惑星は、YORP効果によって着実に回転しながら分裂して小さな天体に分裂することがわかった。この分裂は、破片がヤルコフスキー効果によってバルカン小惑星領域から押し出されるほど小さくなるまで繰り返し起こる。これが、バルカン小惑星が観測されていない理由を説明するだろう。^{[20]バルカン小惑星帯の重力安定性は、近隣に惑星が1つしかないという事実に一部起因している。その点では、}カイパーベルトと比較することができる。^[18]

バルカン岩帯の外縁は、太陽から約 0.21 AU 離れている。これより遠い天体は水星との相互作用により不安定で、1 億年単位のタイムスケールで水星を横切る軌道に乱される。 ^[18]（それでも、軌道が完全に水星の内側にある限り、バルカン岩のような不安定な天体も含める定義もある。）^[21]内縁は明確に定義されていない。0.06 AU より近い天体は、ポインティング・ロバートソン抵抗とヤルコフスキー効果の影響を受けやすく、^[18] 0.09 AU まで離れたバルカン岩の温度は 1,000  K以上になり、岩石の蒸発が寿命を制限する要因になるほど高温になる。 ^[22]

バルカン岩帯の最大可能体積は、小惑星帯の体積と比較すると非常に小さい。^[22]バルカン岩帯における物体間の衝突は頻繁かつ高エネルギーで、物体の破壊につながる傾向がある。バルカン岩にとって最も好ましい位置は、おそらくバルカン岩帯の外縁近くの円軌道上である。^{[23]バルカン岩が}黄道に対して約10°を超える傾斜角を持つことは考えにくい。^{[7] [18]水星の}ラグランジュ点に閉じ込められた小惑星である水星トロヤ群も存在する可能性がある。^[24]

存在するバルカン小惑星は比較的小さいはずです。特にSTEREO宇宙船による以前の調査では、直径6キロメートル（3.7マイル）を超える小惑星は除外されています。^[14]最小サイズは約100メートル（330フィート）です。^[18] 0.2μm未満の粒子は 放射圧によって強く反発され、70メートル未満の物体はポインティング・ロバートソン抗力によって太陽に引き込まれます。^[9]これらの上限と下限の間で、直径1キロメートル（0.62マイル）から6キロメートル（3.7マイル）の小惑星の集団が存在する可能性があると考えられています。^[10]これらは赤熱するほど高温です。^[17]

バルカン類は鉄やニッケルなど融点の高い元素を豊富に含んでいると考えられている。このような断片化された物質は固体岩石よりも急速に熱くなり、冷却し、ヤルコフスキー効果の影響をより強く受けるため、表土を持つ可能性は低い。^[5]バルカン類はおそらく色とアルベドが水星に似ており、^[7]太陽系の形成初期から残った物質を含んでいる可能性がある。^[12]

水星は比較的後期に巨大な天体に衝突されたという証拠があり、^[5]この衝突により水星の地殻とマントルの多くが剥ぎ取られ、^[16]他の地球型惑星のマントルに比べて水星のマントルが薄いことが説明できます。このような衝突が起こった場合、結果として生じた破片の多くは、現在でも火山帯で太陽の周りを回っている可能性があります。^[13]

バルカノイドは全く新しい天体の種類であり、それ自体興味深いものであるが^[24]、その存在の有無が判明すれば、太陽系の形成と進化に関する知見が得られるであろう。もし存在するなら、惑星形成の最も初期の時期に残された物質を含んでいる可能性があり^{[12] 、}地球型惑星、特に水星が形成された条件を判定するのに役立つだろう。^[24]特に、バルカノイドが存在する、または過去に存在していた場合、それらは水星以外の惑星に影響を与えていない衝突体の追加の集団を表し、^[16]その惑星の表面を実際よりも古く見せている。^[24]バルカノイドが存在しないことが判明した場合、これは惑星形成に別の制約を課し^{[24] 、その領域を一掃する}惑星の移動など、太陽系内部で他のプロセスが働いていたことを示唆する。^[18]

• 594913 ꞌAylóꞌchaxnim (金星の軌道内にある唯一の既知の小惑星)
• 2021 PH 27 は、アティラ群に属する小惑星で、小惑星の中で最も半径が小さい。
• アティラ小惑星（常に地球の軌道内にある小惑星）
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