天文学者、木星の周りに12個の新しい衛星を発見。その仕組みは？

何かを探しているうちに、別の何かを探すチャンスが生まれることもあります。私と同じように、その「何か」というのはたいてい小さなものです。例えば、ソファのクッションの中をひっかき回してテレビのリモコンを探そうとすると、小銭が欲しくなるかもしれません。一石二鳥、といった具合です。しかし、天文学者のスコット・シェパード氏の場合、二羽目の鳥が時として大きな成果につながることがあります。

あるいは、とんでもないものがいくつも。例えば、火曜日に国際天文学連合が発表した、木星を周回するこれまで知られていなかった衛星が12個あるとか。

「とにかく効率を最大限高めたかったんです」と、ワシントンD.C.にあるカーネギー研究所の天文学者、シェパード氏は語る。2012年以来、彼とチームはダークエネルギーカメラ（チリの4メートル望遠鏡ブランコに搭載された小型車ほどの大きさの超高感度装置）を使って、太陽系の端にある天体の探査に取り組んできた。しかし昨年初め、研究者たちはDECamがまもなく木星と完全に重なる空域を観測することになると気づいた。そこで彼らは、海王星やかつて惑星だった冥王星をはるかに超える遠方の天体だけでなく、木星の近傍にある比較的近い天体も探査できるように、装置を調整することにした。つまり、観測対象が木星の近傍にいる間、ということだ。

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天文学者たちは以前にもこの地域を調査していましたが、シェパード率いるチームは、DECamが古い機器では見落としていたより小さく暗い天体を発見できると考えました。計画はシンプルでした。強力な新型カメラで撮影した画像から、惑星とその周囲の以前の画像を差し引くのです。残ったものは、これまで見たことのない天体、ひいては木星の衛星である可能性が高いのです。

数日のうちに、彼らは20個近くの候補天体を発見した。そして1年以上の待ち時間が始まった。どの天体が衛星のように（つまり予測可能な軌道で）動き、どれがそうでないかを確認するために、追跡観測の時間が必要だった。「最も興奮したのは今年5月、12個の天体が私たちが予想した場所に現れた時です」とシェパード氏は語る。火曜日の発表で正式に発表された。シェパード氏と彼の同僚たちは、木星を周回する12個の新たな天体を発見し、これにより既知の木星衛星の総数は79個となった。

これらの新たに発見された衛星の存在自体が、太陽系の形成に関するこれまで欠けていた手がかりを与えてくれる。そして、特にこれらの衛星の一つ、直径わずか半マイル（約800メートル）ほどの小さな天体の特異な軌道は、木星の他の多くの衛星がどのようにして形成されたのかを説明できるかもしれない。

木星の衛星は、3つの異なる距離を周回しています。最も近い軌道を周回しているのは、4つの最も大きい「ガリレオ衛星」です。さらに遠く、約960万キロメートル離れた場所には、木星の周りを「順行」軌道で周回する小さな衛星が点在しています。順行軌道とは、木星の自転方向と同じ方向に周回する軌道のことです。シェパード氏のチームは、今回の探査でこのような衛星を2つ発見しました。さらに遠くには、順行軌道の約2倍の距離を周回する、木星の自転方向と逆方向に周回する小さな衛星の群れがいます。シェパード氏のチームは、この逆行軌道から新たに9つの衛星を発見しました。（自宅で数えている方のために付け加えると、新たに発見された衛星の数は11個になります。）

アニメーション制作：ロベルト・モラール＝カンダノサ／カーネギー科学研究所

天文学者たちは長い間、木星の逆行衛星の起源について考え続けてきました。木星の周りを3つの明確な集団として周回していることから、これらは遠い昔に何らかの原因で崩壊した3つの母天体の残骸ではないかと考えられています。有力な仮説は、これらの母天体が正体不明の別の天体と衝突したというものです。おそらくは、侵入してきた彗星か、あるいは放浪小惑星でしょう。月同士の衝突も原因の一つだった可能性がありますが、長い間、月への衝突の最も可能性の高い候補、つまり逆行する親衛星の反対方向に移動する順行衛星は、ありそうにないと思われていました。順行衛星と逆行衛星は木星の周りを周回する距離が非常に異なるため、正面衝突は想像しがたいものでした。

まさにこれが、新たに発見された12番目の衛星を非常に興味深いものにしている。順行軌道の天体であるにもかかわらず、その軌道は既知の木星の衛星の軌道と異なり、外側の逆行軌道の衛星群の軌道に直接重なる。「いわば高速道路を逆方向に走っているようなもので、非常に不安定な状況を生み出しています」とシェパード氏は言う。

研究者たちは、この気まぐれな衛星をローマ神話のユピテルのひ孫にちなんで「ヴァレトゥード」と名付けた。シェパード率いるチームが観測した天体の中で最も暗く、これまで発見された木星の衛星の中で最も暗いだけでなく、おそらく最も小さい衛星でもある。研究者たちは、その直径は半マイル（約800メートル）以下と推定している。シェパード氏は、これはヴァレトゥードの特異な軌道が生み出す不安定な状態の結果だと仮説を立てている。「ヴァレトゥードはかつてはもっと大きく、おそらく直径数十キロメートルにも達していただろう。しかし、元の親天体の一つに衝突して分裂した可能性が高い」と彼は言う。その結果、複数の小さな逆行天体が生まれ、ヴァレトゥードはかつての姿とはかけ離れた破片へと粉砕された。

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これらの発見は、木星の軌道をはるかに超えた影響を持つ。「実のところ、初期の太陽系において、惑星とその衛星がどのように形成され、移動してきたのか、その過程の順序を私たちはまだ完全には理解していないのです」と、ジョンズ・ホプキンス大学の惑星科学者で、この研究には関わっていないサラ・ホルスト氏は述べている。ちなみに、これらすべては地球の理解に大きな意味を持つ。地球がどのように、いつ形成されたのか、太陽系の他の場所からどれだけの揮発性化合物が地球にもたらされたのか、どのようにして水を得て大気が形成されたのか、といったことだ。ホルスト氏によると、これらの新しい衛星、特にヴァレトゥードは、太陽系近傍の形成に関するパズルの重要な欠けているピースとなる。「たとえすべてのピースを見つけられなくても、それぞれのピースは非常に重要です。なぜなら、ある時点では、たとえ一部が欠けていても、全体像を把握できるだけのピースが集まっているからです」

新たなピースを加えることで、パズルの隙間が明らかになることもあります。例えば、ヴァレトゥードや他の新しく発見された衛星は何でできているのでしょうか？シェパード氏とホルスト氏は共に、これらの天体の物質構成を理解することが論理的に次のステップだと述べています。問題は、これらの衛星は暗く観測が難しいことです。より詳しく調べるには、宇宙船による探査が必要になる可能性が高いでしょう。「そして、それはおそらく決して実現しないでしょう」とホルスト氏は言います。大局的に見ると、木星の小さな衛星への探査ミッションがNASAや他の機関から承認される可能性は低いでしょう。

しかし、希望はあります。人類は5年から10年に一度、木星に宇宙船を送り込んでいます。時には周回軌道に乗せ、時には別の目的地へ向かう途中で重力の助けを借りるのです。もしかしたら、そのうちの1機がヴァレトゥードに立ち寄って、もっとよく観察できるかもしれません。ちょうど近くにいる間に。一石二鳥ですね。

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