土星の輪が綺麗ですね。そして、それらは私たちの太陽系にある最も有名な惑星環です。あまり知られていませんが、木星、天王星、海王星にも環があります (図 1-2)。そして、これらの惑星の衛星にはたくさんの衛星があり、中にはかなり大きな衛星もあるのに、なぜどの衛星にも輪がないのでしょうか?
リングは非常に薄い構造で、わずか数キロメートルから、非常に広範囲にわたる数千キロメートルにも及びます。地球上のサッカー場 1 つまたはいくつかの大きさの紙のようなもので、そのサッカー場の中心にある中心円と同じ大きさの球体になります。
リングの構成
指輪は何でできていて、どのように形成されるのでしょうか?土星の環は、カッシーニ探査機など、土星に到達した探査機で撮影されています。観察から、惑星のすべての環は、非常にさまざまなサイズの氷と岩の破片で構成されていることが推測できます。数十メートルの岩石・氷の破片からマイクロメートルサイズの粒まであります。この物質は、惑星に非常に近づくと潮汐力によってばらばらになる、より大きな天体の崩壊から生じます。前述したように、この物質はいったん分解すると、惑星の赤道面の非常に限られた領域を周回したままになり、粒子は互いに衝突し続けます。
さて、自然の衛星である衛星も輪を生成する可能性があり、それらが非常に近づくと、何らかの物体が崩壊する可能性があります。それでは、その物質はすべて衛星の周りの軌道上に残るのでしょうか、それとも中心惑星に捕らえられるのでしょうか?それとも衛星自体に落ちてしまうのでしょうか？
山と月
土星の衛星であるレアとイアペトゥスでは、赤道の周りの山脈のように見えるものが写真に撮られており、大量の物質が同じ領域に落ちて山を形成しているように見えます（図3）。これらの赤道山脈は、過去にレアとイアペトゥスの両方に赤道の周りを周回する環、または少なくとも物質が存在し、それが時間の経過とともに堆積したことを証明するものとなるでしょう。
それで終わりですか？環を持つことができるのは惑星だけですか?そしてなぜ水星、金星、地球、火星のような内惑星には輪がないのでしょうか？そうですね、地球や火星にも過去に何らかの環があったという証拠があります。私たちの惑星では、一連の 21 個の整列したクレーターの証拠が発見されており、これらは地球の周りに一時的に赤道リングを形成したであろう物質の落下によって生じた可能性があることを示唆しています。 4,000万年の期間にわたって、衝突の頻度の増加が観察されています。この結論に達するために使用された方法は非常に興味深いです。地球にはプレートの動きが存在するため、現在の大陸の形状は数百万年前の地球の形状とは異なります。そこで、数百万年前の大陸の様子をコンピューターでシミュレーションしました。ある時、赤道直上にクレーターが並んでいるのが発見される。ちょうどその時期に存在するL型隕石物質が増加していることなど、さらなる証拠があります。つまり、数百万年前、地球の赤道を周回する物質があり、それが落下してクレーターを残し、その後大陸とともに移動したということです。
いくつかの発見の好奇心旺盛な性質と、いくつかのアイデアの革新的な性質のもう一つの証拠。
地球の環からの物質の起源
この物質の起源は、瓦礫の山である瓦礫の山型小惑星であり、地球近くを通過する際に崩壊して環を形成したものと考えられる。これはリングを形成する方法を強化します。小さな天体が大きな天体に近づきすぎると、物質は最終的に落下するか、衛星ではなく大きな天体の周りにリングを形成することになります。瓦礫の山型の物体というこのアイデアは非常に新しく、約 30 年前にはこの概念は存在しなかったため、より大きな天体の近くを通過するときに崩壊する物体を考えることはさらに困難でした。
しかし、環は惑星の周りにのみ形成されるのでしょうか?という疑問が生じます。いや、私たちの太陽系にはさらに驚くべきことがたくさんあります。ここ 10 年間の驚きは、かなり大きな小惑星の周りにも環があることです。 2013年、私はグラナダにあるCSICアンダルシア天体物理学研究所の研究グループとともに、ケンタウロス型天体であるカリクロによる恒星食を観測するキャンペーンに参加した。ケンタウロスは土星を超えて太陽の周りを回る天体です。カリクロは大きさ約200kmの天体です。カリクロが星の前を通過する際に星の明るさを測定したところ、小惑星に隠れる直前と直後に明るさが急激に減少するのを見て目を見張りました（図4）。この掩蔽技術は、天王星と海王星の環の発見にすでに使用されていました。現在、カリクロのような惑星ではないさらに多くの天体の周囲にリングが検出されています。別のケンタウルス型天体であるキロン、および太陽系外縁天体であるハウメアとクアオアールがリストの次に挙げられます。そして、もっとリングを見つけられることを願っています。
もしかして、指輪は短期間しか持続しない構造物なのでしょうか？そして、私が短い時間と言っているのは、地質学的時間、つまり数百万年であり、現在はそのような時間は見られません。太陽系の最大の衛星を周回する粒子の持続時間を分析した研究があり、 SIリングが存在する可能性があり、数百万年続く可能性があるという結論に達しています。
太陽系に小惑星がより多く存在し、より「汚れていた」過去には、月の周りの輪がより一般的だったのでしょうか?おそらく、私たちは月輪の見え方に関しては不運の時期にあるのかもしれません。
もし私たちの月に輪があったとしたら、過去の物語や詩、歌の歌詞はどのようなものになっていたでしょうか?地球から見る景色はきっと美しいものでしょう。
René Duffard は、アンダルシア天体物理学研究所の CSIC 研究者です。
