No.26 惑星

 


 イギリスの作曲家ホルスト(Gustav Holst 1874~1934)は管弦楽組曲「惑星」を作曲(1914年頃)しています。

 ただ曲目の順番が、実際の惑星の太陽から近い順となっていません。
「火星」、「金星」、「水星」、「木星」、「土星」、「天王星」そして「海王星」の全7曲から構成されています。


芦ノ湖にかかる夜明けの満月と富士山(10月下旬)
 芦ノ湖は箱根山の形成と関連が深く、約3000年前の箱根山の噴火で川がせき止められ、そして出来たのが芦ノ湖である-とされています。この噴火の際、火山灰や噴石は現在の横浜まで火砕流として流下したり飛散しています。
 2015年5月箱根山一帯の火山活動が活発化し、噴火警戒レベルが1から2へ引き上げられました。日本有数の温泉観光地であり、町は大きな打撃を受けました。
大ア-ミラリー
 ティコ ブラーエ(Tycho Brache(1546~1601、デンマーク))が望遠鏡のなかった時代、天体の位置を測定するために用いた「大アーミラリー」(レプリカ)=巨大分度器 木製で角度の目盛りが細かくつけられていました。彼の観測結果は弟子のケプラーに引き継がれ、ケプラーの法則として実を結ぶことになります(No.30 ケプラーの法則)。(葛飾区「郷土と天文の博物館」)
 日本最古の地球儀(国立科学博物館(レプリカ))
 1695年(元禄8年)、渋川春海(しぶかわはるみ)が和紙を貼り合わせ、日本で初めて作った地球儀(レプリカ)。
 イタリアの宣教師、マテオ・リッチ(イエズス会)の世界地図に基づくもので、渋川春海は暦の研究のため制作し、用いたといいます。(この項は、国立科学博物館の説明を基にChigakukyoushituが編集したものです。)
中型象限器
 伊能忠敬(いのうただたか(1745~1818))が使用した星の高度を測る測量機器(レプリカ)。(おそらく、自宅に設置した天文台に使用した象限器ではないかとおもいます)ティコ ブラーエの大アーミラリーと同じ使用目的で作られています。(国立科学博物館)伊能忠敬については日本史で「日本地図」を完成させたことを学びます。

 太陽系の構成

 構成する天体は惑星、小惑星、衛星、彗星(comet)、宇宙塵

(日本列島の画像は国立科学博物館展示画像を借用、一部改変しています。以下同様)
-天球上を「行ったり」、「来たり」、「止まったり」不思議な運動を行って「人を惑わす星」の意

 英語ではplanet 、ギリシア語ではplanetes=「さまよう者」の意。その時代、太陽、月、水星、金星、火星、木星、土星の7つが惑星のグループでした。

 全部で九つ(2006年、冥王星は準惑星に格下げになっていますが、冥王星を含んで九つ。)

  ほぼ同一平面上を円に近い楕円軌道を描いて、太陽の自転方向と同じ方向に公転

  地球より外側の惑星(外惑星)ほど、衛星の数が多い


 地球型惑星
 半径=小、密度大(5.0g/cm3)∵惑星が岩石質だから

 水星、金星、地球、火星

 大気=二酸化炭素、窒素が主成分。地球の酸素は約35億年前に出現した「ラン藻類」によって後生的に少しずつ形成・蓄積されま    した。

 木星型惑星

 半径=大、密度小大(1.0g/cm3)∵惑星の核にあたる部分が岩石質で周囲が水素からなります

 多数の衛星を持つ

 木星、土星、天王星、海王星

 ・表面=水素の海、自転周期が短い(早く回転している)ので、木星型惑星の扁平率は大きい。

 ・大気=水素、ヘリウム

 2006年 冥王星が準惑星に格下げ

 冥王星は1930年アメリカの天文学者トンボーによって発見されました。太陽から約59億km(太陽~地球は約1.5億km)と途方もなく離れており、「あの世の国の王」=Pluto と名付けられました。

 冥王星付近には、カイパーベルトと呼ばれる無数の準惑星が集合する一帯があり、冥王星はその一つであるとされ、さらには冥王星より大きな天体が発見されていました。

 この結果を踏まえ、国際天文学連合は「惑星の定義」の見直しを行い、冥王星は、準惑星に格下げになりました。(その結果、唯一アメリカ人が発見した惑星が無くなることになり、アメリカの天文学者は意気消沈したそうです。

 月の写真


 火星と木星の間に存在。全体で数十万個。

 今から約6500万年前の白亜紀末、一個の小惑星(直径10kmと言われています)が地球に衝突、広大な火災が発生しました。また粉塵が日光を長期間遮蔽したため動植物、特に当時栄えていた恐竜類が絶滅しました。
 発生した粉塵は世界各地に堆積し、白亜紀-古第三紀境界粘土層を形成しました。(「No.14 地質年代区分と化石・古生物」中生代型生物の絶滅参照)

 ステゴザウルス ジュラ紀後期 国立科学博物館

 

 三つに分類されます。絶対年代はほとんどが46億年前

 ① 隕鉄

 成分は鉄、ニッケル、FeS・・で地球の核の成分に類似します。

 ② 石質隕石

 カンラン石、輝石の鉱物からなる岩石質隕石

 隕石の中に、これら鉱物が球状に集合した組織を「コンドルール」(直径0.2~2mm)といい、これを含む隕石を「コンドライト」、含まない隕石を「エイコンドライト」と区別します。

 

球粒がコンドルール、  国立科学博物館 
 (「地球生命史と人類-
自然との共存をめざして」の冊子から引用)
コンドライト  
 南極隕石 顕微鏡写真、クロスニコル

 「コンドライト」は、「エイコンドライト」より古い=より未分化な(=太陽系の初源の状態を保持している)隕石であると考えられています。地球に落下する隕石の84%はコンドライト。

 ③ 石鉄隕石

 ①鉄隕石(隕鉄)と②石質隕石の中間型

 

 

 

・惑星の周りを(惑星の自転の向きと同じ向きに)公転する天体
・太陽系で約五十個。水星、金星にはありません

 

 水(固体)、二酸化炭素、アンモニア、メタンなどに鉱物質が混ざった密度の小さい天体。よく、「汚れた雪のボールのような天体」と説明されます。
 小惑星とは全く異なる。太陽の光、太陽風で尾が出来ます。

ハレー彗星 画像 国立科学博物館展示画像 一部改変

 ハレー彗星は約76年周期で地球に近づく。直近では1986年に接近しました。

 日本書紀に684年10月2日に(のちのハレー)彗星が現れたとの記述があるとのことです。

 

 宇宙に漂う細かな塵が、大気に突入し摩擦によって発光する現象

 

 

 太陽系全ての天体の質量の99.8%が太陽。いかに太陽が大きいかが分かります。

 小さい小さい地球で、ここの島は・ここの土地は・ここの海は自分の国だと騒いでいますね。相田みつをさんは「うばえば足らぬ、わけ合えばあまる」と言っているではないですか。

 恒星と恒星の間には水素、ヘリウムの気体と極めて小さな塵が漂っていて、これらを「星間物質」といいます。「星間物質」が所々濃く集まったところがあり、ここを「星間雲」と呼びます(下図-1)。

 「星間雲」が回転しながら集合し(下図-2)、次第に回転速度を速めます(下図-3)。このため、中心のガス球と輪状のガス体に分離します(下図-3,4)。中心のガス球では温度(1000万k以上)・圧力が高まり、核融合反応が始まり太陽が輝いたと考えられています下(図-4)。

 一方、輪状のガス体は、その中に含まれていた塵状物質が落ち込み、質量の不均一さから分裂します(微惑星)。分裂した塵状物質は、離合集散を繰り返しながら惑星へと成長・発達し地球型惑星になったとかんがえられます(下図-5,6)。
 他方、質量が大きく集積した惑星では、その重力で気体物質までも取り込み木星型惑星になりました。残りの微惑星は衛星、彗星、小惑星となりました(下図-6)。

 

 

 

 

 

 

地球、月の表面に1kgの物体を置いたとして、それに加わる重力を比較します(遠心力は無視)。
 
 ◎ 地球上では、

 ◎ 一方月面上では、

 

 と言う大雑把な計算ですが、バネばかりの体重計では地球で50kgの人は、月に行くと10kgになるという計算になります。ただし、肥満は解消されません。月面の59%が地球から見ることが出来ます。(50%ではない)

 ガリレイ は今から約400年前自ら作成した望遠鏡で月のクレーター(皿のような地形の意)を発見しました。

 望遠鏡の口径は約4cm、倍率は10倍程度でした。彼は太陽の黒点を観測したりして、晩年失明しました。

(ガリレイの発見=木星の四つの衛星、金星の満ち欠け、月のクレーター)

月の海(暗く海のように見える)の部分 クレーターが少ない。玄武岩、はんれい岩からなる→暗く見える
 上の月の写真 参照
月の陸(白く明るく見える)部分 クレーターが多い。斜長岩、はんれい岩からなる→明るく見える

 月の火成岩は31億年前に固化したと考えられています。 

 月の昼側は太陽に照らされ120℃まで上昇、夜側は-170℃まで低下します。

 

 

 

 

 月のように「海」の部分がありませんが、クレーターは存在します。クレーターは多くの惑星、衛星に存在することが分かって来ています。
 大気がないため温室効果がはたらかず、昼側(およそ400℃、太陽に近いため)、夜側(-180℃と低く)と温度の差が大きいです。

 2016年5月、NASAは水星の地図を作成したと発表しました。水星には地球のように海がないため高さを測る基準面(標高0m)を設定しづらい事情があります。

 高さ4480mの山岳から、深さ5380mの凹地があると言うことで、かなり凹凸の激しい形をしていることが分かって来ています。

 

 (お断り:図は、2013.7.25 新星出版社「惑星・太陽の大発見」により、画像を改変しております)

 

 

 

 地球に近いこと(衝(後ほど説明)の時0.72天文単位の距離)、そして濃厚な大気(90atm)があるため太陽の光を反射(反射率85%)するため明るく目立ちます。
 90atmという圧力は水深で言えばおよそ900mの深さに相当します。したがって、金星の表面は濃厚というよりも、超高圧の世界といえます。
 大気の成分はほとんどが二酸化炭素。かつては水蒸気もあったが分解されました。

 自転の向きが他の惑星の向きと反対。

 

 (お断り:図は、2013.7.25 新星出版社「惑星・太陽の大発見」により、画像を改変しております。)

 

 

 薄い(約1/170 atm)大気(成分は、ほとんどが二酸化炭素)が存在。

 自転軸が公転面に対して垂直ではないので、地球のように四季があります。地球の北極・南極に対応する場所に、氷・ドライアイス(成分:二酸化炭素)からなる「極冠」が形成されます。

 夏側の昼は0℃~10℃、一方冬側の夜は-100℃、平均-60℃と過酷な世界です。一方地球の平均気温は15℃で、常時液体の水が存在し得る気温で、この結果生命の誕生をみることができました。

 1976年7月バイキング1号が、同9月バイキング2号が火星を探査しています。それによれば、火星にはかつて水のあったことも判明(マリネリス峡谷)するとともに、地形的にも地球より相当に規模が大きいことが分かっています。

 「オリンポス山」と命名された山は底辺が600km、比高が25km。富士山のそれが25km、3778mですから、いかに大きな山か分かります。

 火星の地表は花こう岩、片麻岩からなり、かつて造山運動・広域変成作用が行われたうかがわれます。それらの岩石の表面は酸化鉄(FeO(OH)・nH2O)に覆われているため赤い星に見えます。

 「火星には火星人が住んでいる。」蛸か、そのような絵を見た人もいるでしょう。火星探査機バイキングは生命探査を行い、火星上で光合成が行われる「気配」がないか、生命活動に必要な栄養物の取り込み・消費がないかどうか、メタンガス(CH4)、酸素の吸収がないかを調べました。

 火星は、二つの衛星フォボス、ダイモスをもつ。

 (お断り:画像は中公新書 谷口義明著 「宇宙を読む」より借用。画像を処理しています。)

 


 

 

 (お断り:画像は中公新書 谷口義明著 「宇宙を読む」より借用。画像を処理しています。)

 太陽系最大の惑星。しかし質量は太陽の1/1000以下。密度1.33g/cm3。(後述の「太陽の密度」とあまり変わりません)
 岩石質の核、これを取り巻いて内側に金属水素、その外側に液体水素が取り巻いています。
 表面が流体で、また自転周期が短い(速く自転している)ため扁平率(つぶれ具合)は大きい。

 木星本体を取り巻く雲はアンモニア、氷、硫化水素(温泉の匂い=腐卵臭のする気体)であり、「大赤斑」は300年以上も存在していることが分かっています。

 木星の大気はほとんどが水素、ヘリウム。16個以上の衛星を持ち、木星にも土星に見られるような環の存在することが明らかになっています。

 NASAは2011年8月、無人木星探査機「ジュノー」を打ち上げました。約4年11ヶ月かかり、「ジュノー」は約30億kmを飛行し木星の公転軌道に2016年7月上旬到達しています。

 上述のように木星は濃厚な気体に包まれ、よく調べられていない惑星であり、太陽に似た木星が太陽から非常に離れた場所に形成された原因が解明されることが期待されています。

 木星は、ローマ神話の「ジュピター」で、妻の名前が「ジュノー」。探査機の名前に妻の名前を命名して木星に到達させようとするあたりが、アメリカ人らしいウイットですね。

 

 

 

 木星に次ぐ大きな惑星。密度0.71g/cm3。水の密度より小さいわけで、土星(Saturn)を入れられるくらいのプールがあれば、水に浮かぶことになります。

 土星の環は幅が地球の10個分、厚さは約10kmで、岩石・氷からなります。

 当時のガリレイの望遠鏡は土星の環がよく見えず、「(土星には)耳がある」と言いました。ガリレイの土星観測(1609年)から約50年後「耳」ではなく、土星の環を発見したのはホイヘンスです。

 

 (お断り:画像は中公新書 谷口義明著 「宇宙を読む」より借用。画像を処理しています。)

 木星と土星

 木星も土星も巨大な惑星。木星は318地球質量(地球の質量の318倍)、土星は95地球質量。木星は重量級で、自重で収縮し重力エネルギーを解放して中心部で核融合反応こそ起こさないまでも、赤外線を放出して(見ることは出来ないけれども)輝いています。木星の「大赤斑」、土星の「大白斑」の見かけの動きからそれぞれの自転周期を求めることができ、木星は約10時間、土星は約10時間30分と求められます。


         まとめ 地球型惑星・木星型惑星の違い

   内部構造 惑星の大気
地球型惑星 金属の核、岩石質のマントル、地殻 二酸化炭素、窒素。(地球の酸素は35億年前に出現した「ラン藻」の光合成によって、後生的に形成された)
木星型惑星 岩石質の核、金属水素、液体水素 水素、ヘリウム

Mars、Jupiter、Mercury、Jupiter、Saturn、Uranus、Neptune、full moon、volcanic ash、protractor、law、terrestrial globe、solar system、planet、asteroid、comet、cosmic dust、revolution、satellite、rotation、collide、meteorite、meteor、fixed star、gravity、telescope