JUPITER



名前の由来

英語では惑星の名はギリシャ・ローマ神話の神々の名を共有しています。Nine planet では、「木星は英語でジュピターですが、ギリシャ語ではゼウスとなり、御存知のようにギリシャ・ローマ神話のオリンポスの支配者であり、神々の長でもある」と紹介しています。これは木星の大きさや動きに起因して名付けられたものなのでしょうか?それとも、神話のまえに星々に対する信仰があったのでしょうか?
中国ではその昔、木星は歳星と呼ばれていたそうです。日本語では木星ですが、いつ頃からそう呼ばれ始めたのでしょうか?色々な辞書等を調べて見ましたが見あたりませんでした。木星とは確かにうまく名付けたものだと思います。あの縞模様や赤斑は木目や節目模様のようでもあります。少なくとも望遠鏡で覗かなければ模様は見えないわけですし、日本語の名前の由来は益々気になるところです。



位置、質量、距離など

位置、軌道:木星は太陽から数えて5番目の位置にあり、太陽系中で最大の惑星です。 太陽からの距離は、平均 77,833万km (5.20 天文単位)ですが、軌道離心率が0.04842なので、最大81,584万km、最小74,080万kmとなります。視直径はこれに応じて32'から50'までの範囲で変化します。公転周期は、11.864年で、398.88日毎に地球に近づくことになります。

大きさ:質量はかなり正確に求めることができ、太陽の1/(1.047.340±0.016)、すなわち1.900e27 kgとなります、これは地球の317.99倍で、他の全ての惑星を合わせた質量の2倍以上の値です。これらの値から求められる平均密度は1.33程度となります。 また、木星の形は明らかに楕円球体であり、赤道半径は71,420km、極半径は66,780km(Bill氏のnine-planetでは極直径: 133,708 km)、そして平均半径は69,890km(同じくnine-planetでは等価直径: 142,984 kmとしている)です。 (通常、表示されている惑星半径や直径は1気圧に相当するレベルの位置を示している。)我々がこれらの惑星を見るときに見ているものは、その大気の雲の表面をであり、このレベルは1気圧よりもわずかに高い所に相当すると考えられる。


眼視および望遠鏡で見た木星

木星は太陽、月、金星、(最大輝の時は火星の方が明るくなりますが)についで4番目に明るい天体です。一般に、合近くの短期間以外は肉眼で見ることができます。このため、木星の存在は先史時代から知られてようです。1610年にガリレオが木星の4つの衛星を発見していますが、これは明らかに地動説ではない動きを示す最初の発見でした。すなわち、それは惑星の動きに関するコペルニクスの天動説の原点の発見でもあったわけです。

光学望遠鏡で観察すると木星は、楕円形で、周辺は暗く、赤道方向に平行な縞模様が見ることができます。比較的小さな望遠鏡でも縞模様や、木星の自転の様子が観察できます。大赤斑などの模様が中央子午線を通過する時間を長時間観察すると、約10時間弱であることがわかります。ただし、この観測は木星の雲の自転周期を観察しているもので、緯度によって自転周期時間が異なることが知られています。

大赤斑: 木星の表面には大赤斑や巨大な白斑がみられます。大赤斑は見掛けは多少変わるようですが300年以上も前から観測されています。最初の発見は1664年Robbert Hookeが発見したと言われています。その赤色が目立つようになった1878年頃からは連続的に観測されています。大赤斑の平均自転周期は1831年から1955年までの観測によれば、9時間55分37.5秒±6秒とされています。大赤斑の平均の大きさは経度方向に5万km、緯度方向に1万6000km程度です。この部分の温度は-146℃で、周囲の部分よりも2〜3℃低くなっています。 このような巨大な斑点が普遍的に存在するのは一種の謎です。色々な説があるようですが、最近はソリトン説というのが有力なのだそうです。大赤斑は大気下層にあるホスフィンが上空まで持ち上がり、光分解されたリン化合物が赤く見えるもので、大白斑はアンモニアの雲の色を示しているものと思われています。




木星の内部構造

ガス惑星と呼ばれる木星は、地球型の星と異なって明確な個体表面を持っていません。

木星の密度は地球型の惑星に比べてかなり小さくなっていますが、これは質量の重い地面部分が地球の何倍もの大きさにまで成長したために、重力が大きくなり軌道の周囲にあった原始星雲などのガスを引きつけ、結果として巨大で比較的質量の軽く、上記のような組成からなる惑星になったと考えられています。

木星の中心部の固い地殻は、鉄や珪酸塩から構成されているものと思われていますが(ガリレオからのデータも表面から160km程度のものであるため、内部については間接的なデータからの予測に頼らざるを得ません)、コアの質量は地球の10〜15倍程度であると予想されています。

ただし、水素ガス等から構成される大気部分は非常に厚く、何万キロオーダーにもなるため、下方の(内部の)水素ガスは高圧で圧縮されて、表面から1000km程度のところで液体に転移しています。さらに、内部では液体から液体金属水素へと変化を起こしていると想像されます。<

このexotic form of the most common of elements はおそらく400万バールを越える圧力下にあると思われます。(低い温度の太陽のように)液体金属水素はイオン化されたプロトンと電子からなっています。これは導電性であり、木星の磁場の源であると考えられています。この層においても、おそらくいくらかのヘリウムと色々な氷の痕跡が含まれているものと思われます。 


 

木星の大気と雲

大気の組成:水素、ヘリウム、その他(メタン、重水素、アンモニア、エタン、水蒸気、ホスフィン、重水素化メタン、アセチレン、一酸化炭素、四水素化ゲルマニウム)

木星は約90%が水素で、10%がヘリウム(原子番号で、質量で75/25%)から構成されており、その他の成分としては上記のようなものが含まれています。これは、 原始星雲ガスの組成とほぼ同等であり、原始星雲ガスの大部分が水素ガスで、僅かにヘリウムが含まれていると言われています。土星も同様な組成ですが、天王星や海王星はもっと水素とヘリウムが少なくなっています。

木星と他のガス惑星には緯度方向に広い幅を持つ粘性の高い風が吹いています。 この風は隣同士の風の帯が逆方向に吹いているのです。これらの風の帯はそれぞれ化学組成や温度がわずかに異なっており、これが色の帯となって惑星の外観を特徴づけています。色の薄い帯はゾーンと呼ばれ、濃い部分はベルトと呼ばれています。

  木星の雲:(最上層から)アンモニア(白)、硫化水素、氷


木星の一番外側の層は、主に通常の分子量の水素とヘリウムのガスからなっています。我々が見ている大気はこの分厚い大気層のごく表層であり、水、2酸化炭素、メタンなどが種となっています。

木星の3層の明確な雲は、アンモニアの氷、アンモニウム水硫化物、そして氷と水の混合物からなっていると思われている。しかし、ガリレオ探査機による予備的な調査によれば、雲の弱い徴候を示す結果しか得られていない(ひとつの装置はごく表層部のみを捕らえたに過ぎず、他の装置は2番目の層を見ていたのかもしれない)。しかし、地球からの望遠鏡による観察によれば、探査機の探査した地域は一般的な場所ではなく、その当時、木星の最も暖かい地域で、ほとんど雲のない場所のひとつであったかもしれないことが指摘されている。

ガリレオの大気調査探査機からのデータは期待していたものより、ずっと水が少ないことが示されています。もともと木星の大気は太陽に比べて約2倍の量の酸素(豊富な水素と結びついて水を作る)が含まれていると期待されていた。しかし、現在は実際の量は太陽ほどずっと少ないことが明らかになってきています。


木星の探査

木星は1973年にパイオニア10号によって最初に探索され、次いで、パイオニア11号、ボイジャー1号、ボイジャー2号、そしてユリシーズによって探索されています。ガリレオは最近木星の周りを周回する衛星軌道にあり、今後2年にわたってデータを送信してくることになっています。


木星の衛星:
木星には全部で16個の衛星がありますが、イオ、エウロパ、ガニメデ、カリストの4個の大きな衛星が代表的なものとして知られています。これらは発見者にちなんでガリレオ衛星と呼ばれています。下記の表に示すように衛星の密度は内側の衛星ほど高く、外側に行くほど低くなっています。最も内側のイオは活発な火山が存在し、硫黄化合物からなる表層物質で覆われているため、特異な色をしています。これに対し、他の衛星は表層が氷で覆われているため氷衛星と呼ばれています。ユウロパはクレーターが少なく滑らかで、岩石が化学分化する過程で放出された水分が凍っできた氷層によって覆われています。ガニメデはその平均密度から50%以上が水で、残りが珪酸塩鉱物から出来ていると予測されています。黒っぽく見えるクレーター部分と平行な溝が多数存在する明るい地域とがあります。

ガリレオ衛星
名称距離公転周期自転周期密度直径
10^3kmg/cm3km
イオ4221.771.773.503640
エウロパ6713.553.553.033130
ガニメデ10717.157.151.935280
カリスト188416.6916.691.794840


その他の衛星
名称軌道長半径半径公転周期質量発見者
10^3kmkmdayskg
Metis 128 20 0.295 9.56e16 Synnott 1979
Adrastea 129 10 0.298 1.91e16 Jewitt 1979
Amalthea 181 98 0.498 7.17e18 Barnard 1892
Thebe 222 50 0.675 7.77e17 Synnott 1979
Leda 11094 8 238.72 5.68e15 Kowal 1974
Himalia 11480 93 250.57 9.56e18 Perrine 1904
Lysithea 11720 18 259.22 7.77e16 Nicholson 1938
Elara 11737 38 259.65 7.77e17 Perrine 1905
Ananke 21200 15 631 3.82e16 Nicholson 1951
Carme 22600 20 692 9.56e16 Nicholson 1938
Pasiphae 23500 25 735 1.91e17 Melotte 1908
Sinope 23700 18 758 7.77e16 Nicholson 1914

木星のリング
リング 距離 質量
(km) (km) (kg)
Halo 100000 22800 ?
Main 122800 6400 1e13
Gossamer 129200 850000 ?
(距離は木星の中心からリングの内側の端までの距離)
写真はこちらを参考にして下さい。
NSSDC Photo Gallery: jupiter

cosmic toaster