海王星とは｜太陽系最後の青いガス巨人—発見・特徴・ボイジャー2号

ディスカバリー

海王星の最初の可能性のある目撃は、彼の絵が木星の近くに海王星を示していたので、ガリレオが行ったと考えられています。しかし、ガリレオは海王星を惑星ではなく「恒星」だと考えていたため、この発見は認められませんでした。海王星は空をゆっくりと移動しているため、ガリレオの小型望遠鏡では海王星を惑星として検出することはできませんでした。

1821年、アレクシス・ブーヴァールは天王星の軌道の天文学的な表を発表した。その後の観測で、天王星の軌道が不規則な動きをしていることがわかり、天文学者の中には、天王星の不規則な動きの原因は別の大きな天体にあるのではないかと考える人もいました。1843年には、ジョン-カウチ-アダムスは、おそらく天王星の軌道に影響を与えているであろう8番目の惑星の軌道を計算した。彼は、アダムスに説明を求めた天文学者ロイヤルのジョージ・エアリー卿に計算結果を送った。アダムスはその返事のコピーを作り始めたが、それを送ることはなかった。

1846年、アダムスとは別のウルバン・ル・ヴェリエが独自の計算を行ったが、フランスの天文学者の注目を集めることもできなかった。しかし、同年、ジョン・ハーシェルは数学的手法を支持し始め、ジェームズ・チャリスに惑星の探索を奨励した。多くの遅れをとった後、チャリスは1846年7月に彼の不本意な捜索を開始した。一方、ル・ヴェリエはヨハン・ゴットフリート・ガレを説得して惑星の探索を行っていた。

ハインリヒ・ダレストはまだベルリン天文台の学生でしたが、彼は新しく描かれた空の地図を現在の空と比較して、固定星と比較して惑星の位置の変化を探すことを提案しました。海王星は、1846年9月23日のまさにその夜、ル・ヴェリエが予測していた場所から1°（1度（角度））以内、アダムスの予測からは約10°の範囲内に発見されました。チャリスは後に、8月に2度もこの惑星を見たことを知りましたが、彼の不注意なアプローチのせいで、この惑星を認識することができませんでした。

クレジットとネーミング

海王星の発見のニュースが広まった後、フランス人とイギリス人の間では、誰が発見の名誉に値するかについても多くの議論がありました。その後、国際的な合意により、ル・ヴェリエとアダムスが共に称賛に値することが決定されました。しかし、歴史家たちは、1998年に「ネプチューン論文」（王立グリニッジ天文台からの歴史的文書）が再発見された後、この話題を見直しました。文書を見直した後、一部の歴史家は、アダムスはル・ヴェリエと同等の評価を受けるに値しないと考えています。

発見されて間もなく、海王星は一時「天王星の外側の惑星」または「ル・ヴェリエの惑星」と呼ばれていた。名前の最初の提案はガレから来た。彼はヤヌスという名前を提案した。イギリスではチャリスがOceanusという名前を提案した。フランスでは、アラゴが新しい惑星の名前を「レヴェリエ」と呼ぶことを提案したが、フランス国外では多くの反対を受けた。フランスの年鑑はすぐに、天王星をハーシェル、新惑星をレベリエと呼ぶことにした。

一方、アダムスは別の理由で、ジョージアンの名前を天王星に変更することを提案し、一方、レブリエは（経度委員会を通じて）新しい惑星のために海王星を提案しました。ストルーベは1846年12月29日、サンクトペテルブルク科学アカデミーにその名前の支持を与えた。やがて、ネプチューンは多くの人々の間で国際的に合意され、新惑星の正式名称となった。ローマ神話では、ネプチューンは海の神であり、ギリシャ神話の神ポセイドンと同一視されていた。

質量と組成

海王星の質量は10.243×¹⁰²⁵kgで、地球と最大のガス巨人の間に位置します。海王星と天王星は、木星や土星に比べてサイズが小さく、組成の違いが大きいことから、「氷の巨人」と呼ばれる亜種のガス巨人の一部であると考えられている。太陽系外惑星の探索では、発見された惑星の大きさや構造を決定するために、海王星が参考にされてきた。天文学者が様々な太陽系外惑星を"ジュピター"と呼ぶのと同じように、海王星のように似た質量を持ついくつかの発見された惑星は、しばしば"海王星"と呼ばれています。

海王星の大気はほとんどが水素でできており、少量のヘリウムが含まれています。大気中には微量のメタンも検出されています。メタンの重要な吸収帯は、波長600nm以上の赤と赤外の部分で発生している。この大気中のメタンによる赤色光の吸収が、海王星の青色の色相を与えているのです。

海王星は太陽から遠く離れたところを公転しているため、大気の最上部の温度は-218℃(55K)とほとんど熱を帯びていない。しかし、ガスの層の奥深くでは、ゆっくりと温度が上昇する。天王星と同様に、この熱の発生源は不明だが、その差は大きい。海王星は太陽から最も遠い惑星であるにもかかわらず、その内部エネルギーは太陽系で見られる最速の風を作り出すのに十分強い。惑星のコアからの放射性加熱、惑星誕生時に落下した物質の残りの熱が宇宙空間に放射され続けていること、対流圏の上で重力波が発生していることなど、いくつかの可能性が示唆されています。

海王星の内部の構造は、天王星の内部の構造と非常によく似ていると考えられています。地球15質量程度と考えられるコアがあり、その周りを岩石、水、アンモニア、メタンの混合物に囲まれた溶融した岩石と金属で構成されていると考えられている。コア付近の温度が高いにもかかわらず、この周囲の混合物の氷の部分は、高圧の圧力によって固体として保たれています。中心に向かって約10〜20%の範囲に広がる大気は、高高度ではほとんどが水素とヘリウムである。大気の低いところでは、メタン、アンモニア、水の混合物が多く見られます。非常にゆっくりと、この暗くて熱い領域は、過熱された液体の内部に溶け込んでいく。海王星の中心部の圧力は、地球の表面の圧力の何百万倍もある。海王星の自転速度と楕円度を比較すると、天王星と違って中心部に質量が集中していないことがわかる。

天候と磁場

海王星と天王星の違いの一つは、観測されている（見られている、または測定されている）気象活動のレベルです。1986年にボイジャー探査機が天王星を通過したとき、天王星の風は穏やかなものでしたが、1989年に海王星を通過したときには、強力な気象現象が観測されました。1989年にボイジャーが海王星を通過したときには、強力な気象現象が観測されました。海王星の気象は、非常に活発な嵐システムを持っています。海王星の大気は太陽系の中で最も風速が速く、内部の熱の流れによって動いていると考えられています。赤道域の通常の風は時速1,200km/h（750mph）程度で、嵐系の風は時速2,100km/hと超音速に近い速度に達することがある。

1989年、NASAの探査機ボイジャー2号によって、ユーラシア大陸ほどの大きさのサイクロン状の嵐システム「グレート・ダーク・スポット」が発見された。この嵐は木星のグレート・レッド・スポットに似ていた。しかし、1994年11月2日、ハッブル宇宙望遠鏡は木星の大暗黒点を見ることができなかった。代わりに、惑星の北半球で大暗点に似た新しい嵐が発見されたのです。グレート・ダーク・スポットが消えた理由は不明。考えられる説としては、惑星のコアからの熱移動が大気のバランスを崩し、既存の循環パターンを乱したというものがある。スクーターはもう一つの嵐で、大暗点よりも南にある白い雲群。1989年にボイジャーが遭遇するまでの数ヶ月間、「大暗黒点」よりも速く移動していたため、このニックネームが付けられました。後に撮影された画像には、スクーターよりもさらに速く動く雲が写っていた。Wizard's Eye/Dark Spot 2は、1989年の遭遇時に観測された2番目に強い南方低気圧嵐です。元々は真っ暗だったが、ボイジャーが惑星に近づくにつれ、明るいコアが発達し、最高解像度の画像のほとんどで見られるようになった。

海王星の大気は、他のガス惑星とは異なり、下の厚い雲の上に影を作る高い雲の存在を示している。海王星の大気は天王星よりも活発ですが、同じガスや氷でできています。天王星と海王星は、木星や土星のようなガス惑星ではなく、氷の惑星である。海王星は非常に寒く、1989年には雲の頂上で-224℃（-372°Fまたは49K）という低い温度が記録されています。

海王星はまた、磁気圏においても天王星と類似しており、磁場は自転軸に対して47度に強く傾いており、惑星の物理的な中心から少なくとも0.55半径（約13,500キロメートル）離れている。2つの惑星の磁場を比較すると、この極端なコースは、天王星の横回転運動の結果ではなく、惑星の内部の流れに特徴があるのではないかと科学者たちは考えている。[]

青い惑星の周辺では、非常に小さな青色のリングが発見されていますが、土星のリングほど知られていません。これらのリングがエドワード・ギナン率いるチームによって発見されたとき、当初は完全なリングではないのではないかと考えられていました。しかし、ボイジャー2号によってそれが間違いであることが証明されました。海王星の惑星輪は、奇妙な「ごちゃごちゃ」した配置をしている。現在のところ原因は不明だが、科学者の中には、近くを周回する小さな月との重力接触が原因ではないかと考えている人もいる。^[]

リングが不完全であることの証明は、1980年代半ばに始まりました。1989年にボイジャー2号が撮影した写真は、リングシステムにいくつかのかすかなリングがあることを発見したときに、この問題を解決しました。最遠のリングであるアダムスには、今ではLiberté、Egalité、Fraternité（自由、平等、友愛）と名付けられた3つの有名な弧があります。

円弧の存在は、運動の法則では、円弧が非常に短い時間で一つのリングに広がっていくと予測されているため、非常に理解しにくいのですが、現在では、ガラテアの重力の影響で円弧ができたと考えられています。現在では、リングの内側にあるガラテアという月の引力効果が、円弧を生み出したと考えられています。

他にもいくつかのリングがボイジャーのカメラによって発見されました。また、海王星の中心から約63,000kmのところにある薄いアダムス環と、53,000kmのところにあるレブリエ環、42,000kmのところにあるより広くて小さいガレ環も発見されました。レブリエ環への非常に小さな外側の広がりはラッセルと呼ばれ、その外縁をアラゴ環に囲まれて57,000kmにあります。

2005年に発表された新しい地球ベースの観測は、海王星のリングが以前に考えられていたよりもはるかに不安定であることを示すように見えた。正確には、リベルテのリングは、100年以内に急速に消えるかもしれないように見えます。新しい観測は、多くの混乱に海王星のリングの私達の理解を困惑させるようだ。

海王星には合計14個の月がある。海王星がローマの海の神であったことから、惑星の月の名前は、それ以下の海の神や女神にちなんでつけられた。最も大きく、球体の形をしている唯一のものは、海王星の発見からわずか17日後にウィリアム・ラッセルによって発見されたトリトン（発音：ˈtraɪtən）である。他のすべての大きな惑星の月とは異なり、トリトンは逆行軌道を描いており、この月はおそらく捕獲されたものであり、かつてはカイパーベルトの天体だったのかもしれないことを示している。同期軌道にロックされるほど海王星に近く、ゆっくりと海王星に進入しており、いつかロシュ限界を通過したときには引き裂かれることになるだろう。トリトンは、太陽系で測定された中で最も冷たい天体であり、温度は-235 °C (38 K, -392 °F)である。その直径は2700km、（地球の月、ルナの80％）、質量は2.15×1022kg（ルナの30％）、公転直径は354,800km（ルナの90％）、公転周期は5.877日（ルナの20％）である。

海王星の2番目に知られている月（距離順）である奇数月ネレイドは、太陽系の衛星の中で最も珍しい軌道を描いています。

1989年7月から9月にかけて、ボイジャー2号は海王星の新たな6つの月を発見した。その中でも、ゴツゴツとした形をしたプロテウスは、自重で球体になっていない最大の物体として知られています。海王星の月としては2番目に質量が大きいが、トリトンの4分の1の質量しかない。海王星に最も近い4つの月、ナイアード、タラッサ、デスピナ、ガラテアは、海王星の輪の内側に位置するほど近くを周回している。

その次に遠いラリッサは、もともとは1981年に発見されたもので、星にオカルトを起こしたことで発見された。1989年にボイジャー2号が海王星を観測した際に、海王星の環状アークを引き起こしたとされています。2002年から2003年にかけて発見された5つの新しい珍しい月が2004年に発表された。最新の月は、2013年7月16日にハッブル望遠鏡の画像を調べて発見された。それはわずか12マイルであり、それはボイジャー2の宇宙船によっても検出を回避することを可能にします。

海王星の通常の明るさは+7.7等星から+8.0等星の間にあり、木星のガリレオ衛星、矮小惑星セレス、小惑星4ベスタ、2パラス、7アイリス、3ジュノー、6ヘーベなどの影響を受けているため、肉眼だけでは海王星を見ることはできません。望遠鏡や強力な双眼鏡で見ると、海王星は天王星に似た小さな青い点として見えます。この青い色は、大気中のメタンに由来しています。その小さな明らかなサイズは、視覚的に研究することを困難にしてきました; ほとんどの望遠鏡のデータは、ハッブル宇宙望遠鏡と適応光学系を備えた大型の地上望遠鏡が到着するまで、かなり限られていました。

164.88ユリウス年の公転周期（恒星期）を持つ海王星は、まもなく1846年に発見されたのと同じ場所に（発見のために）戻ってくるだろう。これは、3回の異なった時間に起こり、また、その位置に非常に近くに来る第4の時間にも起こるでしょう。これらは、2009年4月11日に逆行運動になる時、2009年7月17日に逆行運動になる時、そして2010年2月7日に逆行運動になる時です。また、10月下旬から2010年11月上旬中旬にかけての1846年の発見以来、海王星の発見の正確な度合で海王星が逆行運動から直進運動に転じ、その時点で黄道に沿って2アーク分以内に一瞬停止する（2010年11月7日が最も近い）ため、非常に接近することになります。これが海王星が発見点に位置するのは、今後約165年間で最後となる。

これを説明するのは、レトログラデーションという考え方です。地球を超えた太陽系のすべての惑星や小惑星と同様に、海王星は、同調期間中の特定の時点で逆行を通過する。逆行性グラデーションの開始に加えて、同調期間内の他のイベントには、天文学的な対位、逆行運動への復帰、太陽とのコンジャンクションが含まれます。

太陽の周りを回る軌道の中で、海王星は2011年8月に元の発見地点に戻った。

現在、海王星を訪れた探査機は1機のみ。NASAの探査機ボイジャー2号は、1989年8月25日に最も接近した惑星のクイックフライバイを行い、少なくとも1機の探査機が訪れた最後の惑星となった。

ボイジャー2号の重要な発見の一つは、トリトンのフライバイで月のいくつかの部分を撮影したことです。また、1994年にハッブル宇宙望遠鏡が海王星の写真を撮影した後、現在は消えてしまっていますが、大暗黒点も発見しました。もともと大きな雲やサイクロン性の嵐システムであると考えられていたが、後になって、それは単に目に見える雲の甲板の穴であると推測されていた。

海王星は、太陽系のガスの巨人の中で最も強い風を持っていることが判明しました。太陽系の外側の地域では、太陽は地球の1000倍以上も暗く輝いています（それでも-21等級と非常に明るいです）が、4つの巨人のうち最後の巨人は、科学者が実際に予想していた通りに起こりました。一つは、惑星が遠くに太陽からであることを考えるかもしれない、少ないエネルギーと熱を作成し、非常に強い風の周りを実行することがあるだろう。木星の風はすでに時速数百キロだった。しかし、科学者たちは、より遅い風を見るよりもむしろ、より遠くの海王星ではより速い風（時速1600km以上）を発見したのです。

風速が速くなる原因として考えられるのは、十分なエネルギーが生成されると乱流が発生し、それが風を遅くする（木星のように）ということである。しかし、海王星では、太陽エネルギーが非常に少ないので、風が始まってしまえば、ほとんど抵抗がなく、非常に高速を維持することができます。いずれにしても、海王星は、それが太陽から取得するよりも多くのエネルギーを与え、これらの風の内部エネルギー源は、未決定のままです。

1989年にボイジャー2から地球に送られた写真は、PBSのオールナイト番組「ネプチューン・オールナイト」の基礎となった。