土星の衛星でタイタンだけが巨大衛星として生き残れた理由 名大などの研究

2020年3月11日 19:23

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衛星形成のイメージ図 (c) 名古屋大学

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  • 衛星の惑星からの距離(軌道半径)と質量,衛星の移動の向きのシミュレーション結果 (c) Fujii & Ogihara, A&A, 2020

 名古屋大学と国立天文台の研究チームは9日、82個もある土星の衛星のうちで、なぜタイタンだけが巨大な存在として生き残ったのかについて、その原因を解明するシナリオを導き出したと発表した。

【こちらも】タイタン大気に含まれる窒素化合物の生成、銀河宇宙線が大きく関与 東大らの研究

 巨大衛星と言っても定義が非常にあいまいなため、ここでは月の直径1,737kmよりも大きな衛星を巨大衛星と呼ぶことにする。

 土星の衛星タイタンは直径2,575kmで、月の約1.5倍もある非常に大きな衛星である。だが、このような土星の衛星の状態は、常識では考えられないのだという。

 例えば木星の場合、あの有名なガリレオ衛星4個のうち、エウロパを除く3個(イオ、ガニメデ、カリスト)が月の直径を上回る巨大衛星である。つまり惑星の周りをまわる衛星は、その形成過程で巨大なものが複数生き残ることはあっても、たった1個だけが惑星の引力に捉えられることなく、巨大なままで生き残ることはできないというのが、学者たちのこれまでの常識であった。

 タイタンは、生命存在の期待もかかる太陽系の中の衛星では1、2を争う注目株であるが、先に示した理由により、研究対象としても科学者たちの探求心を非常にくすぐる存在であったのだ。

 今回の研究では、土星とその衛星がまだ混とんとした状態にあった、初期の段階の土星を取り巻くガスの温度分布を様々な条件で設定。土星とそれを取り巻くガスや衛星の時系列的変化を数値解析によってシミュレーションを試み、どんな温度分布の時にどんな状況が生じるのかを精密に求めたものだ。

 土星とその衛星系が誕生した直後のタイタンの位置は、土星を取り巻くガス円盤の温度が一定であると仮定した場合には、時間の経過に連れて土星に近づいてゆき、やがては、土星に吸い込まれる運命にある。その理由は衛星の外周を周回するガス円盤の引力により、衛星の周回速度が減速されてゆくからだ。

 一方で、土星を取り巻くガス円盤の温度分布に特別な条件を与えると、ガス円盤の引力を受けにくい空白ゾーン(土星に吸い込まれない安全地帯)が生まれることが判明した。ガス円盤から受ける引力は温度分布の影響に左右されることは以前からわかっていたが、これまでは解析の簡素化のため、ガス温度分布を精密化したモデルでの解析は行われてこなかった。

 今回精密に、実際発生した状況に近い形で解析条件設定を行った結果、タイタンのような巨大衛星が単独でも存在できることが、初めて証明されたのである。

 研究の成果は3月9日、欧州天文学専門誌「Astronomy & Astrophysics」に掲載された。(記事:cedar3・記事一覧を見る

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