私たちの太陽系を構成する輝かしい天体群 (ちっぽけな飛び散る彗星から巨大な環状惑星まで) を理解したい場合は、科学文献を埋め尽くす専門用語に没頭することから始めることができます。 扁平。グラベン。磁気圏。揮発性。 気が向いたら是非とも足を運んでみてください。それはかなりやりがいがあります。しかし、もしあなたの目標が、太陽の周りにあるこのカラフルなコミュニティの中で自分の居場所をより直感的に理解することであるなら、芸術の世界から取った一言でスピードコースを始めることができます:chiaroscuro .
ルネッサンスの芸術家たちは、絵画の明るい部分と暗い部分の極端なコントラストによって定義される斬新な美学を表すために、この用語を作り出しました。 キロスクロ （イタリア語で「明暗」）キャンバスに広がりのある立体感と感情的な謎の感覚を与えました。レオナルド、レンブラント、フェルメールなど、この手法を取り入れた芸術家にとって、この新鮮なアプローチは、中世美術の硬くて平坦なスタイルからの急激な脱却を確立しました。ただし、スカイウォッチャーには、明暗法 彼らの前任者が何千年も前に発見した自然の真実の非常に遅れた認識でした.天の営みは、光と闇の対照的な相互作用を通して表現されます。
空では光が支配的な要素のように見えるかもしれませんが、闇には多くの場合、最も強力な教訓が含まれています。闇は、占星術の出来事の中で最も恐ろしく、最も恐れられている皆既日食を定義し、科学の歴史における最大の進歩のいくつかに影響を与えました。中国の占星術師は、少なくとも紀元前 2000 年にさかのぼる日食の記録を作成し始めました。紀元前 6 世紀までに、バビロニア人は洗練されたカレンダーを開発し、食を驚くほど正確に予測できるようにしました。
現代では、日食はヘリウム元素の発見と太陽での激しい噴火につながりました。 1919 年、日食の影により、研究者はアルバート アインシュタインの一般相対性理論を初めて検証することができました。今日でも、明暗 発見と理解の強力なツールであり続けます。今日でも、明暗 発見と理解の強力なツールであり続けます。太陽系全体で、闇は、光が覆い隠すだけの秘密の場所を暴露します:月が引き裂かれ、彗星が誕生し、氷に覆われた海でエイリアンの生命体が泳いでいるかもしれない驚くべき場所.
火星の汚れた太陽
日食は地球に限ったことではありません。月が太陽と一直線に並んでいる世界ならどこでも可能です。火星には、フォボスとダイモスという 2 つの衛星があります。どちらも小さく、大きい方のフォボスは直径 14 マイルで、マンハッタン島よりもわずかに大きいですが、惑星の非常に近くを回っています。その結果、フォボスは、火星の表面から見た太陽の大部分を覆い隠すのに十分な大きさに見えます。フォボスもわずか 7 時間 39 分で軌道を 1 周するため、その暗い影が常に火星の風景を覆っています。
NASA の原子力推進探査車オポチュニティは、2013 年 8 月 20 日にフォボス食の 1 つを観測しました。これらのイベントのタイミングは、惑星科学者が火星の月の動きを監視し、その運命を予測するのに役立ちます。フォボスは火星に向かって着実に内側に渦巻いています。最新の計算では、惑星の重力によって 5000 万年以内に引き裂かれることを示しています。その残骸は、土星の輪のように小さくて暗い輪のシステムに塗られます.
フォボスのゴツゴツした形は、太陽に対して不規則なシルエットからも明らかです。明らかに、それは私たちのような月ではありません. 1 つの考えは、フォボスとダイモスは、火星に捕獲されたわがままな小惑星であるというものです。もう1つは、太古の巨大な衝突の際に惑星から吹き飛ばされた残骸から形成されたというものです。フォボスは天体の鳳凰のようなもので、以前の月の残骸がリングに引き裂かれ、その後再び組み立てられたものである可能性があります。 2024 年に、日本の宇宙機関は MMX (火星の衛星探査) と呼ばれるミッションを開始し、フォボスを訪問してその表面をサンプリングし、このシャドー ムーンの詳細を埋めます。
環のある惑星に食われた
太陽系で最も豪華な日食は、地球からは決して見ることができませんが、そのうちの 1 つは、2004 年から 2017 年にかけて土星を周回したカッシーニ探査機によって点描の詳細で捉えられました。惑星のすぐ後ろにいて、その影に飛び込みました。しかし、すべてが真に暗かったわけではありません。食された太陽からの光が土星の端に沿って流れているのを見ることができ、研究者は土星の分厚く風の強い水素-ヘリウム大気の構造を研究することができます。
最高のビジュアル ドラマは、ユニークな視点から見た惑星の輪から生まれます。ここに見えるものは、太陽に直接照らされたものではありません。むしろ、リングを構成する氷の塊から太陽の光が散乱しているのが見えます。色はそれらの塊の構造と組成を示し、明るさはそれらの平均サイズを示します。明らかに、それらは塵の斑点から小さな家のサイズの浮遊氷山までの規模に及びます。異常なパレットは、一部はこのなじみのないタイプの照明によるものであり、一部は画像の構成方法によるものです。カッシーニの画像カメラは赤外線、赤、紫の光で3枚の写真を撮り、それらを組み合わせてカラービューをシミュレートしました.
左下の暗闇から飛び出しているのは、2 つのかすかな、興味をそそる光の斑点です。それらは、土星の 82 個の衛星のうちの 2 つ、テティスとエンケラドゥスです。エンケラドゥスは、氷の下に深く暖かい海が存在する、非常に小さな世界です。宇宙生物学者は現在、太陽系で地球外生物を探す可能性が最も高い場所の 1 つと考えています。その努力は、別の光と影の遊びによって助けられています。これについては後ほど説明します。
準惑星に食われた
土星の日食を見ることはめったにありません。冥王星による日食は一生に一度の出来事です。 2015 年 7 月 14 日、NASA のニュー ホライズンズ探査機が太陽系を出る途中で矮惑星冥王星の背後を飛行したときに発生しましたが、二度と発生する予定はありません。
長い間、冥王星は空気のない不活性な世界であると信じられていました。 New Horizo nsはそうではないことを証明しました。もし冥王星が裸の氷の球だとしたら、それはほとんど見えない黒い円盤のように見えるでしょう。リッチブルーのリムは、非常に異なるストーリーを語ります。地球の月よりも小さいにも関わらず、気温が華氏約 390 度前後であるにも関わらず、冥王星には、メタンと一酸化炭素が混ざった窒素からなる複雑な大気があり、予想外の青いもやで満たされています。よく見ると、もやが数十層に分かれていることがわかります。ニュー ホライズンのデータを扱っている科学者は、もやは、エチレンやアセチレンなどの有機化合物を含む光化学スモッグで構成されていると考えています。粒子は非常に細かいため、主に青い光を散乱させます。これは、空が青いのと同じ理由です。なぜこれほどまでに複雑な階層構造になっているのかは、誰にもわかりません。
さらによく見ると、もやを切り裂く闇の筋が見えます。これらは冥王星の山々の影です。深く凍った水氷で構成され、窒素氷河で覆われた険しい峰です。影は、薄明光線として知られる暗闇の線に似ており、太陽の後ろから照らされた雲の周りによく見られます。この場合にのみ、暗黒が冥王星の凍った地形の地形を初めて測定できます。
噴火する彗星に食われた
太陽の前を通過するものはすべて、日食を引き起こす可能性があります。惑星や月である必要はありません。 67P/チュリュモフ・ゲラシメンコ、または単に「67P」として知られるこの彗星の画像に見られるように、彗星もそのトリックを行います。 2014 年から 2016 年にかけて、欧州宇宙機関のロゼッタ ミッションは 67P を間近で研究し、その表面に小さな着陸船を投下し、これまでに撮影された彗星の冷たくて固い核の最高のポートレートを取得しました。
2016 年 3 月 29 日、ロゼッタは 510 マイルの距離から彗星 67P のこのビューをキャプチャしました。彗星自体は非常に小さく、最も長い次元の幅はわずか 2.5 マイルです。厳密に言えば、これは真の日食ではありません。太陽は彗星の真後ろではなく、わずかに横にずれています。しかし、この配置では、彗星はほぼ完全に逆光で照らされており、その夜側が私たちの方を向いており、星空を背景にしています。彗星のてっぺんに太陽の光が少しずつ落ちているのがわかります。しかし、本当に興味深いのは、彗星を取り囲むファジー ジェットとストリーマーです。これらは、このように後ろから照らされると特に目立ちます。
彗星 67P は、冥王星をはるかに超えて広がる外側の太陽系の領域であるカイパー ベルトの薄暗い暗闇の中で、その寿命のほとんど (数十億年) を過ごしました。ある時点で、それは乱れ、太陽に向かって内側に落ちました。その後、1959 年に木星に接近するという不運に見舞われ、さらに接近しました。現在、その凍結したガスは太陽熱の下で定期的に蒸発し、ジェットとストリーマーを可視化する塵の雲を放出しています。ここに見えるのは、これまでに見たことのないもので、彗星に尾を付けるプロセスの最初の段階です。彗星自体は石炭の塊のように黒い。彗星が残した膨大な量のガスとちりが太陽光を捉え、彗星が私たちの空で美しく輝いているように見せます。
カイパーベルトのシルエット
天文学者は、影が見えるまで自分が見ているものを理解できないことがあります。アロコスとして知られる謎の物体がそうでした。太陽から 40 億マイル以上離れたカイパー ベルト (彗星 67P が発生したのと同じ地域) にあり、冥王星とその衛星との遭遇後、ニュー ホライズンズの 2 番目の目的地でした。
ニュー ホライズンズが 2018 年 12 月 31 日に到着するまで、私たちはこの天体について本質的に何も知りませんでした。それは、ハッブル宇宙望遠鏡によって暗闇の中の点としてのみ観測されていました。最初の宇宙船の画像では、アロコスは高さ 22 マイルの雪だるまのように見え、小さなボールが 2 番目の大きなボールの上に詰まっていました。それから 1 日後、宇宙船はスピードを上げて遠ざかっていたターゲットを振り返り、状況はさらに複雑になりました。
アロコスは2つの空のパッチとして現れ、その大部分が背景の星の光を遮り、弱い日光の2つの薄い三日月で縁取られました（ここでは長時間露光のためにぼやけています）.その物体は雪だるまではなく、2つのパンケーキが端でくっついていることが明らかになりました.誰もこれまでにこのようなものを見たことがありませんでした。このような繊細な構造は、同様に繊細で穏やかなプロセスによってのみ形成された可能性があります。地球の形成は、震えるような小惑星の衝突と地獄のような大規模な衝突を特徴とする激しいプロセスでした。しかしアロコスは、暴力が必ずしも解決策ではないことを明らかにした。太陽系の外縁では、物体は非常に冷たくてゆっくりと動いていたため、接触してくっつくだけだったようです。
たそがれの間欠泉
エンケラドゥスは、あまり直接見ないと秘密が明らかになるもう 1 つの魅力的な天体です。氷の下に隠されている暖かい海は、文字通り漏れた重要な手がかりがなければ、隠されて知られていないままだったかもしれません.この幅310マイルの月の南極の割れ目から噴出する水の間欠泉があります.間欠泉は微妙な特徴であり、エンケラドゥスの表面の直接の画像では見えません。しかし、何もない空間に対してシルエットで見ると、特に太陽に逆光で照らされると、それらが飛び出します。
2010 年 11 月 30 日に撮影されたこのカッシーニの画像では、複数の間欠泉がさまざまな方向に噴出しています。間欠泉に対するエンケラドスの影は、科学者が間欠泉の位置と形状を決定するのに役立ちました。これらの影がシーズン中にどのように変化したかを観察することで、情報がさらに洗練されました。飛び出している物質の化学分析は、いくつかのエキサイティングなニュースをもたらしました。予想される水と塩に加えて、間欠泉には有機化合物が含まれています。カッシーニの装置は、海底火山の水と混ざり合う可能性のあるシリカの存在も検出しました。
まとめると、証拠は、エンケラドゥスが生命の原材料と潜在的なエネルギー源の両方を持っていることを示しています.地球上の熱水噴出孔は、豊かな生態系を支えています。しかし、エンケラドスに生命がいるとしたら、見つけるのは難しいかもしれません。最も薄い場所でも、氷の地殻はおそらく少なくとも 1 マイルの厚さがあるため、生きているものはすべて真っ黒な暗闇の中を泳いでいるに違いありません。
熱い惑星の冷たい影
太陽系に関する最近の最も驚くべき発見の 1 つは、どこにでも水があるということです。エンケラドスの海はその好例の 1 つです (木星の衛星エウロパにある同様の埋もれた海と同様に、他のいくつかの衛星にもある可能性が非常に高い)。おそらく、さらに驚くべきことは、太陽に最も近い惑星である水星で水の氷が発見されたことです。日中の気温は華氏 800 度前後で推移しており、これはあらゆる種類の水を排除しているように思われ、氷ははるかに少ない.その秘訣は、太陽が当たらない場所を探すことです。
水星の北極と南極の周りには、永久的な影を作る多数のクレーターと盆地があります。太陽からの熱を受けず、水星には大気がないため、これらの場所は華氏零度より 300 度以上低く、非常に寒いままです。氷はこれらの温度で無期限に安定した状態を保つことができます。これにより、レーダー波がこれらの領域で跳ね返され、あたかも氷の層に衝突したかのように反射する理由が説明されます.
2011 年から 2015 年の間に、NASA のメッセンジャー宇宙船は、永遠の暗闇のクレーターをマッピングし、レーダー エコーのパターンと一致することを確認しました。メッセンジャーからの地形測定はまた、影のついたクレーターが、おそらく水の氷の蓄積である厚く、傾斜した堆積物を含んでいるように見えることを示しています。同様の氷の堆積物が月の両極に点在しているようで、将来の月探査者に有用な資源を提供する可能性があります.
木星の紫外線の輝き
過去数十年にわたり、明暗法の天文学的な意味は 天文学者が暗闇を見るだけでなく、人間の目には見えない光の形を見るためのツールを開発したため、.その結果、見慣れた世界が見知らぬ顔を突然明らかにしました。木星は、その象徴的でカラフルな帯状の雲とその大きな赤い斑点でよく知られています。しかし、探査機ジュノの紫外線の目を通して、雲が消え、惑星の絶え間ないオーロラの表示が目に飛び込んできます。
青い楕円は、木星の北極を絶えず取り囲むオーロラの輪を示しています。グローは、太陽からの荷電粒子が木星の磁場に巻き込まれ、大気中に放出されて紫外線の形でエネルギーを放出するときに発生します。
木星にあるものはすべて超大型で、そのオーロラも例外ではありません。オーロラ リングの幅は 20,000 マイルを超え、地球の直径の約 3 倍です。木星の磁場は非常に強いため、数十万離れた衛星に電流が流れています。それらの流れが惑星に衝突した場所で、画像にドットが作成されました。そして、荷電粒子が大気に衝突すると、地球の弱々しい可視光オーロラの最大 30 倍のエネルギーで衝突します。
金星の内なる熱
太陽から2番目の惑星は尊敬されません。米国は 30 年以上、金星に探査機を送っていません。問題の一部は、見るのがとても退屈だということです。この惑星は、当たる光の 75% を反射する、途切れることのない絶え間ない雲で覆われています。そのため、金星は地球の空で明るく美しいものになりますが、意味のある方法で研究することは困難です。少なくとも、可視光に制限している限りは.
現在金星を周回している日本の探査機あかつきは、赤外線放射で惑星を調べ、まったく異なる世界を見ています。金星の雲の下には、地球の 90 倍の厚さの厚い二酸化炭素大気があり、極端な温室効果を生み出し、表面を華氏 850 度まで加熱しています。この温度では、暗視ゴーグルのランプのように、表面が赤外線で明るく光ります。したがって、アタクスキが見ているものは、写真のネガのようなものであり、通常の明暗の概念がすべて逆転しています。
この画像では、金星の夜側を見ています。照明は太陽からではなく、惑星とその下層大気の赤外線エネルギーから来ています。明るい斑点は、上層の雲が薄い領域であり、赤外線が透けて見えます。暗い斑点は、高度の高い厚い雲の領域です。この光で見ると、金星は荒々しく、嵐のようなダイナミックな場所です。金星も地球と大きさや組成がよく似ていますが、なぜか地獄の惑星になっています。この惑星は、私たち自身の厳しい運命を予告する可能性があります。詳しく見てみる価値があります。
ボーナス:月の明るい面
太陽系の闇についてのこのすべての話で、月の暗黒面についての言及がないことに気づいたかもしれません.それには正当な理由があります。それは本物ではありません。そのすべての部分が太陽光を受けていますが、極近くの影になったクレーターの小さなポケットは例外です。ピンク・フロイドでさえこれを知っており、注意深いリスナーに優しく思い出させてくれました。実際のところ、それはすべて暗いです。明るく見えるのは太陽だけです。」
暗闇から抜け出し、光を祝うために、NASA の Science Visualization Studio によって作成されたこの素敵なアニメーションをチェックしてください。それは別の種類の知覚シフトを提供し、月の満ち欠けが向こう側 (人々が一般的に「暗い」と表現する側) の上に立っている人にどのように見えるかを示します。ビデオを再生して、日光を浴びましょう。
Corey S. Powell は、物理学と天文学の外側の可能性を探求することを楽しんでいます。彼は Out There ブログを書いており、Science Rules ポッドキャストの共同ホストを務めています。 @coreyspowell
