新たな研究で天王星の大気の構成が明らかに

太陽系第7惑星、土星と海王星の間に位置する天王星は、長らく謎に包まれてきました。しかし、アリゾナ大学などの研究チームは、NASAのハッブル宇宙望遠鏡による20年にわたる観測データを分析することで、天王星の大気の組成と力学に関する新たな知見をもたらしました。

天王星に関する情報は限られています。わかっているのは、この惑星は主に水とアンモニアの氷で構成されており、直径は約51,000キロメートル（地球の約4倍）、質量は約15倍であるということです。また、天王星には13個の環と28個の衛星があります。

1986 年 1 月、NASA のボイジャー 2 号宇宙探査機は、太陽系の外惑星を調査するというミッションの一環としてフライバイを実施し、現在まで唯一の惑星探査を無事に完了しました。

しかし、この新たな研究のおかげで、この氷の巨星についてもう少し詳しく知ることができました。2002年から2022年にかけてハッブル宇宙望遠鏡が撮影した画像を評価したこの研究によると、天王星の大気の主成分は水素とヘリウムで、少量のメタン、そしてごく微量の水とアンモニアが含まれています。天王星が淡い青緑色に見えるのは、メタンが太陽光の赤色成分を吸収するためです。

この研究は地球の季節についても明らかにした。

太陽系の他の惑星とは異なり、天王星の自転軸は公転面とほぼ平行です。そのため、天王星は下図に示すように「ひっくり返った」姿勢で公転していると言われています。これは、過去に地球サイズの天体との衝突が原因ではないかと推測されています。

惑星の公転周期は約84年です。つまり、表面上の特定の地点では、太陽が輝く期間（春、夏、秋）が約42年、太陽が輝かない期間（秋、冬、春）も約42年続きます。本研究では、研究チームは20年間にわたって季節を観測しました。

この期間中、研究チームは南極地域が冬に向かって暗くなり、北極地域が夏に向かって明るくなる様子を観察しました。数年の間隔を置いた4つの異なる時点で惑星を観測することで、季節の緩やかな変化が惑星にどのような影響を与えたかを観察することができました。上段は、可視光のみで惑星を観察した様子を示しています。

上から2段目は、可視光と近赤外線の観測に基づく擬似カラー画像です。緑は青よりも大気中のメタンが少ないことを示し、赤はメタンが存在しないことを示しています。両極（惑星の上下ではなく側面にあることを覚えておいてください）の大気中のメタン濃度が低いことは、メタン濃度の季節変動がほとんどないことを示しています。この段の一番左の画像では、緑色で表示されている南極が暗くなりつつあります。他の3つの画像では、北極の緑色でメタン濃度が低い領域が見え始めています。（4段目は、同様にメタン濃度の変動がないことを示していますが、色は付いていません。）

では、3行目はどうでしょうか？これは、色付けされていない可視光線と赤外線画像を用いたエアロゾル量の推定値を示しています。明るい領域はエアロゾル量が多く曇っており、暗い領域はエアロゾル量が少なく晴れています。これらの画像で注目すべき点は、季節変動があることです。北極地域は春先（2002年）には晴れていましたが、夏が進むにつれて（2012年から2022年）曇りになりました。一方、南極地域は秋から冬に移るにつれて晴れてきたようです。研究チームは、これらの季節変化は、太陽光が地球上のエアロゾルミストのレベルを変化させている証拠だと考えています。

この研究結果は20年という長期にわたりますが、天王星の大気の季節変化の一つの期間を反映しているに過ぎません。研究チームは、極域が新たな季節を迎えるにつれて天王星の観測を継続し、より多くのデータを収集する予定です。

この記事はもともとWIRED Japanに掲載されたもの で、日本語から翻訳されています。