惑星天王星

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天空のギリシャ神にちなんで名付けられた天王星は、ガスの巨人であり、太陽から7番目の惑星です。また、太陽系で3番目に大きい惑星であり、木星と土星に次いでランク付けされています。その仲間のガス巨人のように、それは多くの月とリングシステムを持っており、そして固体コアを取り囲むと信じられているガスで主に構成されています。

肉眼で見ることができますが、天王星が惑星であるという認識は比較的最近のものです。過去2000年の間に数回発見された兆候はありますが、18世紀になって初めてその存在が認められました。それ以来、惑星の月の全範囲、リングシステム、神秘的な性質が知られるようになりました。

発見と命名：

水星、金星、火星、木星、土星の5つの古典的な惑星のように、天王星は望遠鏡の助けなしで見ることができます。しかし、その薄暗さと遅い軌道のために、古代の天文学者はそれを星であると信じていました。最古の観測はヒッパルコスによって行われ、紀元前128年に彼の星カタログに星として記録されました。観測は後にプトレマイオスの星に含まれました アルマゲスト.

天王星の最も初期の明確な目撃は、1690年にイギリスの天文学者ジョンフラムスティード（最初の天文学者ロイヤル）がそれを少なくとも6回発見し、星（34タウリ）としてカタログ化したときに起こりました。フランスの天文学者ピエールレモニエも1750年から1769年までの間に少なくとも12回観測しました。

しかし、1781年3月13日のウィリアムハーシェル卿による天王星の観測により、天王星を惑星として特定するプロセスが始まりました。当時、彼はそれを彗星目撃として報告しましたが、その後、独自の設計の望遠鏡を使用して一連の観測に従事し、星との相対的な位置を測定しました。彼がそれを王立協会に報告したとき、彼はそれが彗星であると主張しました、しかし暗黙的にそれを惑星と比較しました。

その後、数人の天文学者がハーシェルの「彗星」が実際に惑星であった可能性を探求し始めました。これらには、ほぼ円形の軌道を最初に計算したロシアの天文学者アンダースヨハンレクセルが含まれ、結局それが惑星であると結論づけました。ベルリンの天文学者ヨハン・エラート・ボーデ、「米国天文学会」のメンバーは、その軌道を同様に観察した後、これに同意しました。

まもなく、天王星の惑星としての地位は科学的な合意になり、1783年までにハーシェル自身が王立協会にこれを認めました。イギリスのジョージ3世は、彼の発見を認めて、ウィンザーに移動してロイヤルファミリーが望遠鏡を覗くことができるという条件で、ハーシェルに年間200ポンドの奨学金を与えました。

ウィリアムハーシェルは彼の新しい後援者を称えて、彼のディスクに名前を付けることにしましたry Georgium Sidus （「ジョージズスター」または「ジョージズプラネット」）。イギリス以外では、この名前は一般的ではなく、すぐに代替案が提案されました。これらには、フランスの天文学者ジェローム・ラランドがそれを呼ぶことを提案することが含まれました ハーシェル その発見に敬意を表して、スウェーデンの天文学者エリックプロスペリンはネプチューンの名前を提案しました。

ヨハン・エラート・ボーデは、天空のギリシャの神オウラノスのラテン語版である天王星の名前を提案しました。土星は木星の神話の父にちなんで名付けられたので、この名前は適切であるように思われたので、この新しい惑星は土星の神話の父にちなんで名付けられるべきです。最終的に、ボーデの提案は最も広く使用され、1850年までに一般化されました。

天王星のサイズ、質量、軌道：

約25,360 kmの平均半径、6.833×10の体積¹³ km³、質量8.68×10²⁵ キロ、天王星は地球のサイズの約4倍、体積の63倍です。ただし、ガス巨人として、その密度（1.27 g / cm³）著しく低いしたがって、それは地球と同じだけ14.5質量です。また、密度が低いことは、ガスジャイアントの3番目に大きいが、質量が最も小さいことを意味します（2.6の地球の質量で海王星に次ぐ）。

太陽からの天王星の距離の変動は、他のどの惑星よりも大きくなります（小惑星や冥王星は含まれません）。基本的に、ガスジャイアントの太陽からの距離は、近日点での18.28 AU（2,735,118,100 km）から遠日点での20.09 AU（3,006,224,700 km）まで変化します。太陽から平均30億kmの距離にある天王星は、太陽の1つの軌道を完了するのにおよそ84年（30,687日）かかります。

天王星の内部の回転周期は17時間14分です。すべての巨大惑星と同様に、その上層大気は回転方向に強い風を経験します。南緯約60度などの一部の緯度では、大気の目に見える特徴がはるかに速く移動し、わずか14時間で全回転します。

天王星の特徴の1つは、横向きに回転することです。太陽系のすべての惑星がある程度軸に対して傾いているのに対して、天王星は98°という最も極端な軸方向の傾きを持っています。これは、極での異常な昼夜サイクルは言うまでもなく、惑星が経験する過激な季節につながります。赤道では、天王星は通常の昼と夜を経験します。しかし、極では、それぞれが42地球年の日を経験し、続いて42年間の夜を経験します。

天王星の構成：

天王星の構造の標準モデルは、3つの層で構成されています。中央には岩の多い（ケイ酸塩/鉄-ニッケル）コア、中央には氷のマントル、気体の水素とヘリウムの外側のエンベロープがあります。木星や土星と同様に、水素とヘリウムは大気の大部分（約83％と15％）を占めますが、惑星全体の質量のごく一部（0.5から1.5の地球の質量）にすぎません。

3番目に豊富な要素はメタン氷（CH⁴）、それはその構成の2.3％を占め、惑星のアクアマリンまたはシアンの色を占めています。微量のさまざまな炭化水素も天王星の成層圏で発見されています。これらは、メタンと超強力な放射線誘発光分解から生成されると考えられています。エタン（C₂H₆）、アセチレン（C₂H₂）、メチルアセチレン（CH₃C₂H）、およびジアセチレン（C₂HC₂H）。

さらに、分光法により、天王星の高層大気における一酸化炭素と二酸化炭素のほか、水蒸気やその他の揮発性物質（アンモニアや硫化水素など）の凍った雲の存在が明らかになりました。このため、天王星と海王星は、より重い揮発性物質で主に構成されているため、「氷の巨人」として知られる、別の種類の巨大惑星と見なされています。

アイスマントルは、実際には従来の意味での氷で構成されているのではなく、水、アンモニア、およびその他の揮発性物質で構成される高温で高密度の流体で構成されています。電気伝導率が高いこの流体は、水アンモニア海と呼ばれることもあります。

天王星の中心部は比較的小さく、地球の質量はわずか0.55で、半径は惑星全体のサイズの20％未満です。マントルはその大部分を占めており、地球の質量は約13.4で、上層大気は比較的実体がなく、地球の質量は約0.5で、天王星の半径の最後の20％まで伸びています。

天王星のコア密度は9 g / cmと推定されています³、中心部の圧力は800万バール（800 GPa）、温度は約5000 K（太陽の表面に匹敵）。

天王星の雰囲気：

地球と同様に、天王星の大気は、温度と圧力に応じて、層に分かれています。他の巨大ガスと同様に、惑星にはしっかりした表面がありません。科学者は、表面を大気圧が1バール（海面で地球上で見られる圧力）を超える領域として定義します。リモートセンシング機能にアクセスできるもの（1バーのレベルより約300 km下まで伸びるもの）も、大気と見なされます。

これらの参照ポイントを使用して、天王星の大気を3つの層に分けることができます。 1つ目は対流圏で、高度は地表から-300 kmから50 kmの高度であり、圧力範囲は100〜0.1 bar（10 MPa〜10 kPa）です。 2番目の層は成層圏で、50〜4000 kmに達し、0.1〜10の間の圧力を受けます。^-10 バー（10 kPa〜10 µPa）。

対流圏は天王星の大気中で最も密度の高い層です。ここでの温度範囲は、ベース（-300 km）での320 K（46.85°C / 116°F）から50 kmでの53 K（-220°C / -364°F）で、上部が最も寒いです。太陽系で。対流圏界面領域は、天王星の熱赤外線放射の大部分を担っています。したがって、59.1±0.3 Kの実効温度を決定します。

対流圏内には雲の層があります。最低圧力の水雲とその上に水硫化アンモニウム雲があります。次にアンモニアと硫化水素の雲があります。最後に、薄いメタン雲が上にありました。

成層圏では、温度範囲は上部レベルで53 K（-220°C / -364°F）から熱圏の底面で800から850 K（527 – 577°C / 980 – 1070°F）の範囲です。主に日射による暖房のおかげです。成層圏にはエタンスモッグが含まれており、惑星の鈍い外観に寄与する可能性があります。アセチレンとメタンも存在し、これらのヘイズは成層圏を暖めるのに役立ちます。

最外層の熱圏とコロナは、地表から4,000 kmから50,000 kmもの高さまで広がっています。この領域の温度は800〜850（577°C / 1,070°F）の均一な温度ですが、科学者は理由を知りません。太陽から天王星までの距離が非常に大きいため、天王星からの熱量は、そのような高温を生成するには不十分です。

木星や土星と同様に、天王星の天候は同様のパターンに従っており、システムは惑星の周りを回転するバンドに分割され、上層大気に上昇する内部熱によって駆動されます。その結果、天王星の風は最大900 km / h（560 mph）に達する可能性があり、2012年にハッブル宇宙望遠鏡によって発見された嵐のような大規模な嵐を生み出します。 1,700 km x 3,000 km（1,100マイルx 1,900マイル）の雲の渦。

天王星の月：

天王星には27の既知の衛星があり、それらはより大きな月、内側の月、不規則な月（他の巨大ガスと同様）のカテゴリに分類されます。天王星の最大の月は、サイズの順に、ミランダ、アリエル、ウンブリエル、オベロン、チタニアです。これらの月の直径と質量は472 kmと6.7×10です。¹⁹ ミランダのkgは1578 kmおよび3.5×10²¹ チタニアのkg。これらの各月は特に暗く、結合力が低く、幾何学的なアルベドです。アリエルは最も明るく、アンブリエルは最も暗い。

天王星のすべての大きな月は、天王星の形成後しばらくの間天王星の周りに存在した降着円盤に形成されたと考えられています。または、その歴史の初期に天王星が受けた大きな衝撃の結果です。氷を主成分とするミランダを除いて、それぞれがほぼ等しい量の岩と氷で構成されています。

氷の成分にはアンモニアと二酸化炭素が含まれる場合がありますが、岩のような物質は有機化合物を含む炭素質の物質（小惑星や彗星と同様）で構成されていると考えられています。それらの組成は、岩の多いコアを取り囲む氷のようなマントルで区別されていると考えられています。

チタニアとオベロンの場合、コアとマントルの境界に液体の海が存在すると考えられています。それらの表面はまた、ひどくクレーターがあります。しかし、いずれの場合も、内因性の表面再形成により、その機能はある程度更新されています。アリエルはインパクトクレーターが最も少ない最年少の表面であるように見えますが、アンブリエルは最も古く、最もクレーターが多いようです。

天王星の主要な月には、識別できる雰囲気はありません。また、天王星の周りの軌道のために、彼らは極端な季節周期を経験します。天王星は太陽をほぼ横に回っており、大きな月はすべて天王星の赤道面の周りを周回しているため、北半球と南半球は長時間昼間と夜間（一度に42年間）になっています。

2008年の時点で、天王星は13の内側の月を持っていることが知られており、その軌道はミランダの軌道の内側にあります。それらは、惑星からの距離の順に、コーディリア、オフィーリア、ビアンカ、クレシダ、デスデモナ、ジュリエット、ポーシャ、ロザリンド、キューピッド、ベリンダ、ペルディタ、パック、マブです。天王星の大きな月の名前と一致して、すべてシェイクスピアの演劇の登場人物にちなんで名前が付けられています。

すべての内側の月は天王星のリングシステムと密接に関連しています。これはおそらく1つまたはいくつかの小さな内側の月の断片化に起因します。パックは162 kmにあり、天王星の内側の月の中で最大のものです。 ボイジャー2 詳細には–パックとマブは天王星の2つの最も外側の内側の衛星です。

すべての内側の月は暗い天体です。それらは、おそらく天王星の放射によって処理された有機材料である暗い材料で汚染された水の氷で作られています。システムはカオス的であり、明らかに不安定です。コンピュータシミュレーションでは、特にDesdemonaとCressidaまたはJulietの間で今後1億年以内に衝突が発生する可能性があると推定しています。

2005年の時点で、天王星には9つの不規則な月があり、オベロンよりもはるかに長い距離を回っています。すべての不規則な月はおそらく天王星が形成された直後に天王星に捕らえられた捕獲された天体です。それらは、天王星からの距離の順に、フランシスコ、カリバン、ステファノ、トリンカットオ、シコラックス、マーガレット、プロスペロ、セテボス、フェルディナード（もう一度、シェイクスピア劇の登場人物にちなんで名付けられました）です。

天王星の不規則な月のサイズは、約150 km（Sycorax）〜18 km（Trinculo）です。マーガレットを除くすべての天王星は、天王星を逆行軌道で周回します（つまり、惑星が自転の反対方向に軌道を回っていることを意味します）。

天王星のリングシステム：

土星や木星のように、天王星にはリングシステムがあります。ただし、これらのリングは、マイクロメートルから数分の1メートルまでサイズが変化する非常に暗い粒子で構成されているため、土星ほどには識別できません。現在、13の異なるリングが知られており、最も明るいのはイプシロンリングです。 2つの非常に幅の狭いリングを除いて、これらのリングの幅は通常数キロメートルです。

リングはおそらくかなり若く、天王星と形成されたとは考えられていません。リング内の問題は、かつては高速の衝撃によって粉砕された月の一部であった可能性があります。これらの衝撃の結果として形成された多数の破片から、現在のリングの位置に対応する安定したゾーンで、ほんの数個の粒子が生き残った。

リングシステムの最も初期の既知の観測は、1977年3月10日、ジェームズL.エリオット、エドワードW.ダナム、およびジェシカミンクによって、カイパー空挺天文台を使用して行われました。星SAO 158687（別名HD 128598）の掩蔽中に、惑星の周りのシステム内に存在する5つのリングを識別し、さらに4つ観測しました。

リングが直接画像化されたとき ボイジャー2 探査機は1986年に天王星を通過し、プローブはさらに2つのかすかなリングを検出できました。観測されたリングの数は11になりました。は既知のリングの2倍の天王星から離れているため、「アウター」リングシステムと呼ばれています。

2006年4月、ケック天文台からの新しいリングの画像から、外側のリングの色がわかりました。最も外側のリングは青で、もう1つは赤です。対照的に、天王星の内輪は灰色に見えます。外輪の青色に関する1つの仮説は、それが、Mabの表面からの水の氷の微細な粒子で構成され、青色の光を散乱させるのに十分小さいというものです。

探査：

天王星は一度も宇宙船が訪れたことはありません：NASAの ボイジャー2 1986年に惑星を通過した宇宙探査機。1986年1月24日、 ボイジャー2 惑星の表面から81,500 km以内を通過し、天王星のこれまでに撮影された唯一のクローズアップ写真を送り返しました。 ボイジャー2 その後、1989年に海王星と密接な出会いを続けました。

送信の可能性 カッシーニ 土星から天王星までの宇宙船は、2009年のミッション拡張計画段階で評価されました。 カッシーニ 土星を出発した後、天王星システムに到達するため。

将来のミッションに関しては、複数の提案がなされています。たとえば、天王星のオービターとプローブは、2011年に発行された2013年から2022年までの惑星科学10年調査によって推奨されました。この提案は、2020年から2023年の間に行われる打ち上げと天王星への13年間のクルーズを想定しています。ニューフロンティアウラヌスオービターが評価され、研究で推奨されました。 天王星探査機の場合。ただし、このミッションは、火星および木星系への将来のミッションよりも優先度が低いと考えられています。

イギリスのマラード宇宙科学研究所の科学者は、天王星へのNASA-ESA合同ミッションを提案しました。 天王星パスファインダー。この任務には2022年までに中型任務を開始することが含まれ、その費用は4億7,000万ユーロ（約5億2500万ドル）になると見積もられています。

天王星への別の使命は、 天王星系のハーシェル軌道偵察 (ホルス）は、ジョンズホプキンス大学の応用物理研究所によって設計されました。この提案は、イメージングカメラ、分光計、磁力計などの一連の機器を搭載した原子力オービター向けです。ミッションは2021年4月に始まり、17年後に天王星に到着するでしょう。

2009年、NASAのジェット推進研究所の惑星科学者のチームは、太陽光発電の天王星のオービターの可能な設計を進化させました。そのようなプローブの最も好ましい打ち上げ時間帯は2018年8月で、2030年9月に天王星に到着します。科学パッケージには、磁力計、粒子検出器、および場合によっては画像カメラが含まれます。

言うまでもありませんが、探査に関しては天王星は難しいターゲットであり、その距離によって、過去に問題があったことを認識して観測するプロセスが行われました。そして将来、私たちの使命のほとんどが火星、エウロパ、および地球近くの小惑星の探査に焦点を当てたものになるため、太陽系のこの地域への使命の見込みはあまりありそうにありません。

しかし、科学的優先事項と同様に、予算環境も変化します。そして、近年の多くのトランスネプテューヌ天体の発見のおかげで爆発するカイパーベルトへの関心から、科学者が太陽系外へのミッションの搭載を要求する可能性は十分にあります。万が一発生した場合は、探査機を天王星の側に振り、情報と写真を収集して、この「氷の巨人」の理解を深めることができます。

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