第7章ほかの世界――太陽系入門Other Worlds: An Introduction to the Solar System

The solar systemThe generic term for a group of planets and other bodies circling a star is planetary system. Ours is called the solar system because our Sun is sometimes called Sol. Strictly speaking, then, there is only one solar system; planets orbiting other stars are in planetary systems. consists of the Sun and many smaller objects: the planets, their moons and rings, and such “debris” as asteroids, comets, and dust. Decades of observation and spacecraft exploration have revealed that most of these objects formed together with the Sun about 4.5 billion years ago. They represent clumps of material that condensed from an enormous cloud of gas and dust. The central part of this cloud became the Sun, and a small fraction of the material in the outer parts eventually formed the other objects.

太陽系は、太陽と多くの小さな天体からなる。惑星、それらの衛星や環、そして小惑星、彗星、塵といった「かけら」である。何十年にもわたる観測と探査機による調査から、これらの大部分が約45億年前に太陽とともに形成されたことがわかった。巨大なガスと塵の雲から凝縮した、物質の塊なのである。その雲の中心部は太陽になり、外側の物質のわずかな部分が、やがてほかの天体になった。用語について：恒星を回る惑星などの天体の集まりは、一般にplanetary system、すなわち惑星系という。私たちの系がsolar system、太陽系と呼ばれるのは、太陽をSolと呼ぶことがあるためである。したがって厳密には、太陽系は一つしかない。ほかの恒星を回る惑星は、それぞれの惑星系に属する。

During the past 50 years, we have learned more about the solar system than anyone imagined before the space age. In addition to gathering information with powerful new telescopes, we have sent spacecraft directly to many members of the planetary system. (Planetary astronomy is the only branch of our science in which we can, at least vicariously, travel to the objects we want to study.) With evocative names such as Voyager, Pioneer, Curiosity, and Pathfinder, our robot explorers have flown past, orbited, or landed on every planet, returning images and data that have dazzled both astronomers and the public. In the process, we have also investigated two dwarf planets, hundreds of fascinating moons, four ring systems, a dozen asteroids, and several comets (smaller members of our solar system that we will discuss later).

過去50年間に、私たちは宇宙時代以前の誰もが想像した以上に、太陽系について学んできた。強力な新望遠鏡で情報を集めるだけでなく、惑星系の多くの天体へ探査機を直接送ってきた。惑星天文学は、少なくとも探査機を自分の代わりにして、研究したい対象へ旅のできる唯一の天文学の分野である。ボイジャー、パイオニア、キュリオシティ、パスファインダーなど、想像をかき立てる名を持つロボット探査機は、すべての惑星で接近通過、周回、あるいは着陸を行い、天文学者も一般の人も驚く画像やデータを送り返してきた。その過程で、二つの準惑星、数百の魅力的な衛星、四つの環の系、12個の小惑星、そしていくつかの彗星も調べてきた。彗星は太陽系の小さな構成員で、後で取り上げる。

Our probes have penetrated the atmosphere of Jupiter and landed on the surfaces of Venus, Mars, our Moon, Saturn’s moon Titan, the asteroids Eros, Itokawa, Ryugu, and Bennu, and the Comet Churyumov-Gerasimenko (usually referred to as 67P). Humans have set foot on the Moon and returned samples of its surface soil for laboratory analysis (Figure 7.2). We have flown a helicopter drone on Mars. We have even discovered other places in our solar system that might be able to support some kind of life.

探査機は木星の大気へ入り、金星、火星、月、土星の衛星タイタン、小惑星エロス・イトカワ・リュウグウ・ベンヌ、そして通常67Pと呼ばれるチュリュモフ・ゲラシメンコ彗星の表面に着陸した。人間は月に足を踏み入れ、表面の土を試料として持ち帰り、実験室で分析した（図7.2）。火星では無人ヘリコプターを飛ばした。太陽系内には、何らかの生命を支えられるかもしれない、地球以外の場所があることさえわかってきた。

The Sun, a star that is brighter than about 80% of the stars in the Galaxy, is by far the most massive member of the solar system, as shown in Table 7.1. It is an enormous ball about 1.4 million kilometers in diameter, with surface layers of incandescent gas and an interior temperature of millions of degrees. The Sun will be discussed in later chapters as our first, and best-studied, example of a star.

天の川銀河にある星の約80％より明るい恒星である太陽は、表7.1に示すとおり、太陽系の中で桁違いに質量が大きい。直径約140万キロメートルの巨大な球で、表面の層は白熱するガスからなり、内部の温度は数百万度に達する。後の章では、最初に取り上げる、そして最もよく研究されている恒星の例として、太陽を詳しく説明する。

Table 7.1 also shows that most of the material of the planets is actually concentrated in the largest one, Jupiter, which is more massive than all the rest of the planets combined. Astronomers were able to determine the masses of the planets centuries ago using Kepler’s laws of planetary motion and Newton’s law of gravity to measure the planets’ gravitational effects on one another or on moons that orbit them (see Orbits and Gravity). Today, we make even more precise measurements of their masses by tracking their gravitational effects on the motion of spacecraft that pass near them.

表7.1からは、惑星を構成する物質の大部分が、実は最大の惑星である木星に集中していることもわかる。木星は、ほかの惑星をすべて合わせたものより質量が大きい。天文学者は何世紀も前に、ケプラーの惑星運動の法則とニュートンの重力の法則を使い、惑星同士や、そのまわりを回る衛星への重力の影響を測って、惑星の質量を求めた。「軌道と重力」を参照してほしい。今日では、惑星の近くを通る探査機の運動に対する重力の影響を追跡することで、質量をさらに精密に測定している。

Beside Earth, five other planets were known to the ancients—Mercury, Venus, Mars, Jupiter, and Saturn—and two were discovered after the invention of the telescope: Uranus and Neptune. The eight planets all revolve in the same direction around the Sun. They orbit in approximately the same plane, like cars traveling on concentric tracks on a giant, flat racecourse. Each planet stays in its own “traffic lane,” following a nearly circular orbit about the Sun and obeying the “traffic” laws discovered by Galileo, Kepler, and Newton. Besides these planets, we have also been discovering smaller worlds beyond Neptune that are called trans-Neptunian objects or TNOs (see Figure 7.3). The first to be found, in 1930, was Pluto, but others have been discovered during the twenty-first century. One of them, Eris, is about the same size as Pluto and has at least one moon (Pluto has five known moons.) The largest TNOs are also classed as dwarf planets, as is the largest asteroid, Ceres. (Dwarf planets will be discussed further in the chapter on Rings, Moons, and Pluto). To date, more than 3900 of these TNOs have been discovered, and one, called Arrokoth, was explored by the New Horizons spacecraft.

地球のほかに、水星、金星、火星、木星、土星の五つの惑星は古代から知られていた。天王星と海王星の二つは、望遠鏡の発明後に発見された。八つの惑星はすべて、太陽のまわりを同じ向きに公転する。巨大で平らな競走路の同心円状のコースを走る車のように、ほぼ同じ平面内を回っている。それぞれの惑星は、自分の「走行車線」を守り、ガリレオ、ケプラー、ニュートンが見いだした「交通法規」に従って、太陽のまわりのほぼ円形の軌道を進む。これらの惑星のほかにも、海王星より遠くにある小さな世界が次々に見つかっている。太陽系外縁天体、英語でtrans-Neptunian objects、略してTNOと呼ばれる（図7.3）。最初に見つかったのは1930年の冥王星だが、21世紀に入ってからも別の天体が発見されている。その一つのエリスは冥王星とほぼ同じ大きさで、少なくとも一つの衛星を持つ。冥王星には五つの衛星が知られている。大きなTNOは準惑星にも分類され、最大の小惑星ケレスも同じ分類に入る。準惑星については「環・衛星・冥王星」の章でさらに説明する。これまでに3900個を超えるTNOが発見され、その一つアロコスは、探査機ニューホライズンズによって調べられた。

Each of the planets and dwarf planets also rotates (spins) about an axis running through it, and in most cases the direction of rotation is the same as the direction of revolution about the Sun. The exceptions are Venus, which rotates backward very slowly (that is, in a retrograde direction), and Uranus and Pluto, which also have strange rotations, each spinning about an axis tipped nearly on its side. We do not yet know the spin orientations of Eris, Haumea, and Makemake.

惑星も準惑星も、それぞれ自らを貫く軸のまわりに回転、すなわち自転している。多くの場合、その向きは太陽のまわりの公転と同じである。例外は、非常にゆっくり逆向き、つまり逆行方向に自転する金星と、やはり変わった自転をする天王星と冥王星である。後の二つは、それぞれほぼ横倒しに傾いた軸のまわりを回る。エリス、ハウメア、マケマケの自転軸の向きは、まだわかっていない。

The four planets closest to the Sun (Mercury through Mars) are called the inner or terrestrial planets. Often, the Moon is also discussed as a part of this group, bringing the total of terrestrial objects to five. (We generally call Earth’s satellite “the Moon,” with a capital M, and the other satellites “moons,” with lowercase m’s.) The terrestrial planets are relatively small worlds, composed primarily of rock and metal. All of them have solid surfaces that bear the records of their geological history in the forms of craters, mountains, and volcanoes (Figure 7.4).

太陽に近い四つの惑星、水星から火星までは、内側の惑星、あるいは地球型惑星と呼ばれる。月もこのグループに含めて論じることが多く、その場合は地球型の天体が合計五つになる。英語では通常、地球の衛星である月を大文字のMで始まるthe Moonと書き、ほかの衛星は小文字のmを使ってmoonsと呼ぶ。地球型惑星は比較的小さな世界で、主に岩石と金属でできている。いずれも固体の表面を持ち、クレーター、山、火山という形で地質学的な歴史の記録を残している（図7.4）。

The next four planets (Jupiter through Neptune) are much larger and are composed primarily of lighter ices, liquids, and gases. We call these four the jovian planets (after “Jove,” another name for Jupiter in mythology) or giant planets—a name they richly deserve (Figure 7.5). About 1,300 Earths could fit inside Jupiter, for example. These planets do not have solid surfaces on which future explorers might land. They are more like vast, spherical oceans with much smaller, dense cores.

次の四つ、木星から海王星までの惑星は、はるかに大きく、主により軽い氷、液体、気体でできている。この四つを木星型惑星という。英語のjovianは、神話のユピテルの別名Joveにちなむ。また、巨大惑星とも呼び、その名にまさしくふさわしい天体である（図7.5）。たとえば木星の中には、地球がおよそ1300個も入る。これらの惑星には、将来の探検家が降り立てる固体の表面がない。むしろ、内部にはるかに小さく高密度の核を持つ、巨大で球形の海のようなものである。

Near the outer edge of the system lies Pluto, which was the first of the distant icy worlds to be discovered beyond Neptune (Pluto was visited by a spacecraft, the NASA New Horizons mission, in 2015 [see Figure 7.6]). Table 7.2 summarizes some of the main facts about the planets.

太陽系の外縁近くには冥王星がある。海王星より外側の遠い氷の世界として、最初に発見された天体である。2015年にはNASAの探査機ニューホライズンズが訪れた（図7.6）。表7.2に、惑星についての主な基本情報をまとめる。