土星のリング内のカッシーニ映像密度波

Credit: Cassini Imaging Team, SSI, JPL, ESA, NASA

画像の説明

何が、土星のリング内で模様を引き起こしますか？ 　ちょうど土星の軌道に入っているカッシーニ宇宙船は、先例のない詳細で土星の巨大なリング・システムの素晴らしい映像を送り返し始めました。 　新しく解像されたリング構造の多くの物理的な理由は、必ずしも理解されていません。 　しかしながら、この画像で示している美しく幾何学的な種類の土星のAリングのリング構造の理由は、螺旋密度波であると仮定されています。 　わずかに異なる距離で旋回しているリング粒子の軌道を組織的に混乱させている小さい月が、束になっているそのような密度波を引き起こします。 　また、近くの月の重力に起因するリング粒子での垂直波の曲がっている波が、映像の右上で見えています。 　このクローズアップは、およそ220キロメートルに及びます。 　カッシーニは、これからの4年の間、遠いリングをはめた土星とその珍しい月の映像を撮って送り返す予定です。

今日の宇宙画像は、先日に関連として取り上げた土星のリングの一部です。 　懐かしのコメディアン・グループが用いた張り扇のような模様が、鮮やかに白黒画像に浮き出ています。 　カッシーニ宇宙船のデータを間断なく受け取ることによって、新たな発見につながるのが確実のようです。 　さて、関連は、土星のこれまでに知られている全てのリングについて取り上げてみました。 　火星ローバー君たちもまだ健在で、精力的に活動しています。 　遥か遠くの銀河や星雲に勝るとも劣らない魅力と発見が、私たちの太陽系に埋もれていますね。 　2004年7月16日 　t.sasaki

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Cassini Images Density Waves in Saturn's Rings

Credit: Cassini Imaging Team, SSI, JPL, ESA, NASA

Explanation

What causes the patterns in Saturn's rings? The Cassini spacecraft just entering orbit around Saturn has started sending back spectacular images of Saturn's immense ring system in unprecedented detail. The physical cause for many of newly resolved ring structures is not always understood. The cause for the beautifully geometric type of ring structure shown above in Saturn's A ring, however, is hypothesized to be a spiral density wave. A small moon systematically perturbing the orbits of ring particles orbiting at slightly different distances causes such a density wave bunching. Also visible on the image right is a bending wave, a vertical wave in ring particles also caused by the gravity of a nearby moon. This close-up spans about 220 kilometers. Cassini is scheduled to take and send back images of the distant ringed Saturn and its unusual moons for the next four years.

項目	太陽系
主題	土星

　３Ｄ立体画像の付録です。交差法で立体的に見るには、左右の画像の中間(画像下の真ん中の黒点の上)に両目の焦点を合わせます。いわゆる、寄り目にします。平行法で立体的に見るには、左右のそれぞれの画像の下にある黒点の上の真ん中あたりに視線を持っていきます。このときには、両方の画像が、ぼんやりと見えるように画面をつき抜いてその先に焦点を当てるつもりで見ます。ほとんどを交差法にしています。平行法で見たい方は、画像をコピーして左右の画像を入れ替えてください。２００２年４月３０日ページに立体視の方法について掲載しています。

土星のリングを1610年にガリレオが最初に観察したけれども、彼の望遠鏡は、明白にリング・システムを解像するのに十分強力ではありませんでした。 　また、ホイヘンスは1655年ごろに、土星が「どこにも触れなくて、細く平らなリングで取り巻かれている」と認めました。 　1675年にカッシーニが、リングの中で既知の分割で最も突出したものを観察しました。 　現在、私たちは、優れた望遠鏡の観察と2台のボイジャー宇宙船で撮った映像データで、土星の軌道を回っている7つの明確に異なるリングを認めると共に、それらのリングが各々が数えきれない長い巻き毛から成っていることを知り得ました。 　これからカッシーニ宇宙船以前までの最近の「指輪物語」を紐解いてみたいと思います。
	Credit : NASA and Eric Karkoschka (LPL)

Aリングは、土星の外側にある2つの最も明るいリングの1つです。 　鋭い天文学者に対して地球からまだらでもう一つの可能性がある隙間は、Aリングの外の端に近いです。 　それは、通常エンケ隙間またはエンケ分割と呼ばれたり、また、キーラー隙間や分割として知られています。 　小さい月パンが、この隙間の範囲内で旋回して、多分この隙間を明らかな状態に保っているのかもしれません。 　小さいもう一つの月のアトラスが、ちょうどAリングの遠く離れた端の外側を軌道としているために、リングの外の端がそれほど鮮明である理由であるかもしれません。 　土星のAリングのこのボイジャー2号の映像は、かなりなめらかであることを示します。 　オレンジ色リングの最も広く黒い隙間は、エンケ分割です。 　非常に外の端に近いところにもう一つの隙間と外側の端の上に月プロメテウスを見ることができます。 　カッシーニ間隙が、この1981年8月23日に撮った緑とすみれ色の紫外線映像を合成して作った画像の極端な右下に位置しています。

Credit : NASA/JPL

土星の2つの最も明るい内部のリング1つが、Bリングです。 　Bリングは、Aリングほどなめらかでなくて、無数の長い巻き毛で多くが風変わりか循環性でないように見えます。 　Bリングは、ダイナミックな場所であるかもしれません。 　ボイジャー1号は、Bリングを移動している「スポーク」特徴を見て、動画を撮りました。 　カッシーニは、これらのスポーク特徴を見ませんでした。
	Credit : NASA/JPL

Credit : HST, ESA, NASA

地球から見ることができる土星のリングに関して、このハッブル宇宙望遠鏡映像は、驚くべき詳細の全てを示します。 　リングは、ほとんどが発見された順序で命名されていますが、それは土星からの距離によるものではありません。 　土星からのリングの名前は、D、C、B、A、F、G、Eです。 　私たちが土星のリングについて考えるとき、通常、その明るく反射するディスクで囲まれる土星の球を想像しています。 　このディスクは、2つのリング、外側のAリングと内部のBリングから成って、カッシーニ間隙によって切り離されています。

Bリングの次の内部は、Cリングです。 　Ｃリングは、AとBリングより非常に暗くて、たくさんの黒い長い巻き毛でできているように見えます。 　その相対的な浮模様のため、Cリングはまた、「クレープ・リング」として知られています。 　ボイジャー映像は、それがBリングと異なる構成を持つことを示しました。 　Cリングは、とても灰色で赤がとても少なく、それで、赤みがかった有機的な物質が少ないリングなのかもしれません。 　球を横切っている土星のリングのこの映像は、2004年5月21日に土星へ飛行の間、カッシーニが撮りました。 　エンケ隙間があるなめらかな外のAリングは、上部にあります。 　そしてカッシーニ間隙、Cリングの個々の長い巻き毛である黒いたくさんのほとんどかき傷は、色で段階区分されたBリングにありません。 　この画像では、Cリングが影を土星の表面に投げかけているのを見ることができ、線を十字に走らせて現れています。

Credit : NASA/JPL/CICLOPS

	カッシーニ間隙と呼ばれている黒い隙間は、AとBリングの間にあります。 　月ミマスに対する重力相互作用のため、この隙間は、埃っぽい物質がない状態に保たれます。 　土星からのこの距離の天体は、1時間ごとに二度ミマス軌道を回ります。 　ミマスが、粒子に遭遇する全ての時間ごとに与える重力押しは、それらを異なる軌道に押し込みリングの隙間を広げます。
Credit : NASA/JPL

A、B、C、Dリングの外側にあるけれども、実際にとてもAリングに近く横たわっているのが幅の狭いFリングです。 　Fリングは、1979年にパイオニア11号によって発見されました。 　細く狭いリングが、リングと1つの軌道に乗って回って外部内で旋回するいわゆる「羊飼い月」を一緒に保持する可能性があると推理されていました。 　1980年にボイジャー1号は、Fリングの羊飼いのプロメテウスとパンドラを発見しました。 　Fリングは狭くて暗いけれども、三つ編みと個々の長い巻き毛を含む多くの面白い構造を見せます。 　カッシーニの広い感度範囲は、全ての他の像を造り映像からFリングを拾うことができました。 　この映像で、Fリングは、リングの内側にプロメテウスを、右の外側の狭い帯にパンドラを含んでいます。 　外の端の近くのエンケ隙間で、AリングがFリングの左側にあります。 　極左で、Aリングがカッシーニ間隙に入って暗くなり、カッシーニ間隙は明らかにAリングより空でなくてそれほど暗くはありません。

Credit : NASA/JPL/CICLOPS

	Cリングの内部は、Dリングと呼ばれている物質の非常に薄暗い縮れ毛のリングです。 　このリングは、ハッブルやカッシーニ映像で見えません。 　Dリングの詳細を出すためには、ボイジャー映像の特別な露出と処理が必要でした。 　しかし、他のリングの場合のように、やはりとても小さい構造と長い巻き毛が、かすかなDリングの中にあります。 　土星の近くのリング範囲のこのボイジャー2号の映像は、Dリングを明かすために強化処理しました。 　土星の影が、画像の最上位でリングを横切って降っています。
Credit : NASA/JPL

Gリングは、1980年にボイジャー1号の宇宙船で発見されました。 　Gリングが、多分「肉眼で見える」分子、すなわち顕微鏡なしで見ることができる粒子でできていると思われますが、とても細いけれどもEリングとは違っています。 　従って、Gリングを通って飛ぶことは、Eリングを通って飛ぶのと比べて宇宙船にとって非常に危険です。 　土星のGリングは、この画像の左側を横切っているとてもかすかな線で、1981年8月26日にボイジャー2号で撮りました。 　右に、土星の内部のリングの全てが露出過度で、最も外部の帯の色で薄いFリングより、Aリングの隙間でさえ明るいです。
	Credit : NASA/JPL

Eリングは、1967年に望遠鏡で最初に発見されて、その存在は1979年にパイオニア11号の接近飛行によって確かめられました。 　Eリングは、個々の粒子で直径が1メートルの100万分の1である1ミクロンだけで、非常にすばらしい冷たいか埃っぽい物質の濃いディスクです。 　Eリングは、土星の7つの最大の月のうちの5つ、ミマス、エンケラドス、テテュス、ディオネとおそらくレアをその範囲内に埋めているので、土星の氷の衛星と関係があるように見えます。 　土星のこの画像は、1995年8月10日に交差するリング面の間をハワイ大学の望遠鏡で撮りました。 　土星とその内部のリングが、その明るさで映像を流さないように、表示から遮断されました。 　Eリングは、左右に及んでいる非常にかすかな斜めの線です。 　Eリングで氷の月が、カメラの探知器を飽和させたほど、多くの光を反射した4つの点を見ることができます。 　左から右に、レア、ディオネ、ミマスとテテュスです。

Credit : Institute for Astronomy, University of Hawaii

Credit : NASA/JPL/David Seal

D, C, B, A, Fリングの外側には、非常に異なる特徴を持つ2つのリングがあります。 　Gリングは土星に近くて、Eリングはさらに離れていて、内部のリングと比べて非常に異なっています。 　これらのリングは、また、数倍も内部のリングより薄くて、透明です。 　GとEリングは、多分内部のD、C、B、A、Fリングと異なってできたと思われています。

どのように、リングは土星の周辺に着いたのでしょうか？ 　土星を周回していた月が、破局的に分裂したとき、リングができたことが示唆されました。 　しかし、土星のリングが、常にそこにあったこと及び月が惑星の近くにそのように決して形をなさなかったことは、現在本当らしいと思われます。 　理由は、以下の通りです。 　土星がそれを囲んでいる氷と塵分子の雲で、始まったならば、分子の間の重力と衝突は、分子が惑星の回りに平らなディスクを作る原因になりました。 　惑星から遠く離れて、ディスクの中の塊りは結局月を作る可能性があって、他の塵を掃き集めました。 　「ロシュ制限」の内側になる174,000キロメートルより惑星に非常に近い土星からの重力は、どんな初期の惑星でもバラバラにして、小さい分子を保ってそのリングを維持しました。
	Credit : NASA/JPL
そこでは、数えきれない小さい分子でできている面白い一組のリング内で続いていました。 　惑星の近くの天体は、惑星から遠い天体より速く惑星を中心に回りました。 　これは、惑星に近い天体が、さらに離れて天体よりも強く惑星の重力に見舞われるという事実に起因します。太陽を中心に回っている惑星の速度を考えるならば、簡単にこの作用を確かめることができます。 　地球は、太陽を回るのに1年かかりますが、土星はそれほど遠くないのに29年がかかります。同じように、土星のリングの内部の一部は、外部より速く回転します。 　これは、土星により近いその分子を絶えず襲って、土星からその分子より遠くの分子を背にしてすれ合いを生じる影響を与えます。 　これらの相互作用は、内側の分子が、土星にさらに近い軌道に落ちて、失速する原因になる傾向があります 　一方では、土星から遠い軌道に飛び込んで、外部の分子が速くなって、土星のリングは、時間とともに広がる傾向があります。 　「ポインティング-ロバートソン牽引」と呼ばれているもう一つの影響は、土星に非常に最も近い分子に惑星から遠い分子のような遅い速度をもたらして、惑星に落ちるように引き起こしさえします。 　それで、これまでよりもさらに惑星に近い距離にある平らなディスクの端に期待が持てるでしょう。 　リングに対する他のどの構造も、他の若干の影響に起因するにちがいありません。 　運よく進むならば、土星のリングは、これまでと比べて非常に面白いことがわかります。 　さらにこのあとも土星の話題で楽しみが続きそうです。

	D、C、B、A、Fの主なリングは、ほとんど鮮明でなくて信じられないほどか細くはありません。直径27万5000キロメートルの広がりと比較して厚さは、ほんの10から30メートルしかありません。 　例えば、Aリングがサッカー・フィールドと同じくらい広いとするならば、そのリングの厚さはティッシュ・ペーパーと同じくらい薄いといえます。 　リングが明るいので、ほとんどがかなりの量の冷たい物質の構造にちがいありません。 　リングがそれほど薄いので、構成する物体１個の厚さは、小さくなければなりませんし、最高でも直径がほんの2メートル以下と思われます。 　そして、リング分子の間の頻繁な衝突は、大きい物体に対して構成する物体の厚さになるまで壊す傾向があります。 　実際、ほとんど小さな月は、絶えず形をなさないかもしれなくて、別々に壊れていないかもしれません。 　カッシーニ宇宙船は、これが起こるのを見る可能性があるはずです。
Credit & Copyright : William K. Hartmann
この画像は、土星の主なリングを構成する冷たい物質の 塊りと概念のアーチストによる想像です。
ハッブルとカッシーニ映像で見ることができるように、AとBリングは、きわめてわずかに赤みがかっています。 　これは、有機的な若干の物質で氷のリング粒子の混成に起因します。 　基本的には、リングは、外の太陽系の中の彗星と他の小さい天体を作る物質と非常に類似した物質から作られています。 　Fリングは、多分、AとBリングに類似した物質でできているでしょう。 　C、D、Gリングは、A、B、Fリングより「灰色」ですので、構成内容は、少し異なるにちがいありません。 　Eリングは、実際に青くて、非常に異なる何かでできていて、多分、他のリング由来の物質が完全に相異する方向で成したものであることを示唆します。

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