カリストとは？木星の古代氷衛星の特徴・構造・探査まとめ

カリストの特徴・内部構造・探査歴を図解で徹底解説。古代の氷殻や地下海、クレーター地形、将来探査の可能性まで最新知見を分かりやすく紹介。

カリストは、1610年にガリレオ・ガリレイによって発見された木星の月で、カリストにちなんで命名された。ガニメデに次いで木星を周回する月としては2番目に大きく、太陽系では3番目に大きい月である。カリストは惑星水星とほぼ同じ大きさで、惑星の直径の99％を占めているが、質量ははるかに小さい。木星の4つのガリラヤ衛星のうち、カリストは最も遠くにあり、軌道半径は約1,880,000kmである。カリストは、ガリラヤ衛星の内側にある3つの衛星、イオ、エウロパ、ガニメデに影響を与える軌道共鳴の一部を形成していません。地球の月と同様に、カリストも公転周期に同期して自転しています。つまり、一方の面は常に木星の方を向いていて、もう一方の面は木星の顔を見ることがない。カリストの表面は、近くにある7つの月に比べて、木星の磁気圏の影響を受けにくい。

基本的な物理特性

カリストの直径は約4,820 km（半径約2,410 km）で、質量は約1.08×10^23 kg、表面重力は約1.24 m/s²です。カリストには岩石と氷がほぼ同量含まれており、平均密度は約1.83 g/cm³です。表面の化学物質には、水氷、二酸化炭素、ケイ酸塩、有機物が含まれています。これらの組成は、形成初期における氷と塵の混合物を反映しており、内部の熱進化や衝突史を通じて現在の状態になったと考えられています。

内部構造と地下の海の可能性

ガリレオ探査機が月を調査した結果、カリストには小さなケイ酸塩のコアと、100km以上の深さにある液体の水の海が地下にある可能性があることが明らかになった。磁場観測から導かれる誘導応答は、導電性のある層（塩分を含む海）が存在することを示唆しており、氷の殻の下に深い、比較的厚い海があるというモデルが提案されています。ただし、エウロパやガニメデに比べると氷殻は厚く、海の温度や塩分濃度、物質の循環様式は異なる可能性があります。

表面の地質と地形

カリストの表面は重くクレーター状になっており、非常に古いものである。表面にはプレートテクトニクスや地震、火山など、表面下で起こったプロセスの兆候は見られず、主に隕石の衝突の影響を受けて進化したと考えられている。表面の特徴としては、複数のリング構造、様々な形状の衝突クレーター、クレーターの連鎖（カテナ）とそれに伴う瘢痕、隆起、堆積物などが挙げられます。

小規模には、丘の上の白っぽい霜や谷間に見られる暗色の滑らかな堆積物など、地域差に富んだ地形が確認されています。これらの暗色物質は有機物や鉄を含む鉱物の可能性があり、表面の昇華や風化（太陽風や放射線による変化）によって分布が変化していると考えられます。カリストには「パリムセスト」と呼ばれる平坦化した古いクレーター跡も多く、これらは古い衝突の痕跡であり、表面年代が非常に古いことを示しています。地形の絶対年代は放射年代測定が不可能なため正確には不明ですが、約40億年にわたる長い歴史を反映しています。

薄い大気と電離層

カリストは、二酸化炭素とおそらく酸素分子からなる非常に薄い大気に囲まれています。これらの成分は表面の氷からの昇華や放射線による分解の産物と考えられます。また、かなり強い電離層があることが観測されており、太陽紫外線や木星からの入射粒子によって生成されたプラズマが存在します。カリストは木星から遠いため、内側の衛星ほど木星の磁気圏の強い影響を受けませんが、それでも磁場との相互作用は無視できず、局所的な粒子環境に影響を与えています。

生命の可能性と居住性の観点

カリストの中には海があると考えられています。これは生命体が存在する可能性を意味しているかもしれない。しかし、近くのエウロパに比べれば、その可能性は低い。理由としては、（1）氷殻が厚く、海と表層の間で栄養やエネルギーの交換が起こりにくい可能性、（2）内部熱源が比較的弱いため化学勾配が小さい可能性、などが挙げられます。ただし、塩分や有機物が存在すれば化学進化の舞台としての条件は完全に否定できず、将来の詳細な観測が重要です。

一方で、カリストは木星系での有人拠点の候補としてしばしば挙げられます。理由は、イオやエウロパ、ガニメデに比べて木星の高エネルギー放射線が届きにくく、相対的に放射線環境が穏やかであるためです。平坦な地域や良好な物質供給（氷や鉱物）を利用すれば、長期滞在の拠点設置という観点で魅力的です。ただし、実際の居住には輸送、資源利用、放射線遮蔽など多くの課題があります。

探査の歴史と今後のミッション

パイオニア10-11号やボイジャー、続いての探査によりカリストの遠景と基本特性が初めて明らかにされました。特にガリレオ探査機は1990年代から2000年代にかけてカリストの近傍を通過し、磁場・電波・高解像度画像など多角的なデータを取得しました。カッシーニ・ホイヘンスやその後のミッションも長距離から観測を行っています。最近では地球からの大型望遠鏡・赤外線観測や将来予定のミッションが更なる理解を深めるために計画されています。

国際的な今後の計画としては、ESAのJUICE（JUpiter ICy moons Explorer）は木星系に向かい、到着後ガニメデを主要対象としつつカリストにも接近観測を行う予定です（打ち上げは2023年、到着は2031年予定）。また、NASAのミッション群や将来の探査案では、カリストの近傍観測や試料採取、さらには有人探査の技術検証などが議論されています。

カリストの科学的意義

カリストは木星系の外縁に位置し、初期太陽系の物質と衝突史をよく保存した「時間カプセル」として重要です。極めて古い表面は、太陽系初期の大量衝突や氷-岩の組成、内部進化の軌跡を記録しています。また、地下海の存在の有無やその性質を調べることは、海洋世界としての多様性を理解し、生命が発生しうる環境の範囲を評価するうえで重要です。将来の観測と探査により、カリストは木星系全体の形成史と現在のダイナミクスを解き明かす鍵となるでしょう。

質問と回答

Q:カリストとは何ですか?

Q: カリストは水星と比べてどのくらい大きいのですか?

Q: カリストは木星のどこを公転しているの?

Q: カリストの表面にはどんな特徴がありますか?

Q: カリストはどのような大気に包まれているのですか?

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