巨大ガス惑星周りの衛星は,惑星集積の最終段階に形成された周惑星円盤内で作られたと考えられている.これまでに複数の衛星形成モデルが提案されてきたが,木星の衛星系と土星の衛星系の特徴の違いを,その形成過程から説明することはできていない.そこで本研究では,木星と土星の形成過程が衛星形成に与える影響に注目した.最新の惑星形成理論をもとに,われわれは以下の2つの仮説をおいた:1)木星系では原始惑星系円盤に溝が形成され,土星本体の形成が遅い土星系では溝が形成されない,2)また溝形成の違いに伴って衛星形成時の周木星円盤には内縁が生じ,周土星円盤には内縁が生じない.以上の違いを考慮して,周惑星円盤における衛星形成のシミュレーションを行った結果,現在のような2種類の異なる衛星系が必然的に生まれうることがわかった.このように衛星形成は母惑星の形成過程に大きく影響される.逆に言うと,衛星は木星と土星の形成過程や系外巨大ガス惑星の形成過程を解く鍵となりうる.

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木星のような巨大ガス惑星の衛星の多くは,軌道面がそろっておりかつほぼ円軌道であることから,惑星の周りにかつて存在したガス円盤(周惑星円盤)の中で固体微粒子・小天体が衝突合体成長を繰り返し形成したと考えられている.近年の数値流体計算の発達により,ガス惑星の成長過程において,惑星へと降着するガスが惑星を取り囲む円盤状構造を形成する,という具体的描像が明らかにされつつある.しかし,衛星形成の母体となるその周惑星円盤への物質供給プロセスついての研究はなく,これまでに提案されている衛星系形成モデルでも物質の供給率やその分布は,それが衛星形成を決定づけるにもかかわらず,なおざりのまま研究が進められているのが現状である.そこで,最近筆者らは高解像度数値流体計算を用いた研究を行い,その結果,周惑星円盤へのガス降着に対する理解が大きく進んだ.ここではそれについて解説する.さらに,周惑星円盤形成が巨大ガス惑星という惑星系最大惑星の形成過程そのものであり相互に密接に関連していることから,衛星系形成過程の解明に必要となる惑星系形成の未解決問題を指摘しつつ今後の衛星系形成研究の展望を述べる.

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土星系の魅力的な衛星は,タイタンやエンセラダスだけではない.カッシーニ探査機の活躍によって得られたさまざまな知見は,その他大勢の小型衛星も,太陽系科学において極めて興味深い対象であることを示している.小型衛星は,その小さな重力場や弱い熱的変成履歴という意味で小惑星と対比できるだけでなく,その特徴的な形態や表層の状態が,ほかの衛星や周囲の環と複雑な相互作用の結果であることから,土星系における衛星や環の形成や進化の鍵を握っていると考えられる.本稿では,こうした多様性に富む土星系小型衛星の姿と推定される内部構造,さらには進化史について概説するとともに,今後の探査で期待される観測について議論する.

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木星衛星エウロパ表層の氷の厚さを求めることは氷衛星研究において重要な課題である.しかし,多くの研究にも関わらず氷の厚さは精度よく決まってはいない.我々は将来のミッションを見据えて,氷の厚さを求めるための新しい手法として,ニュートリノ由来の電波観測を紹介する.その有効性を検証するためにモデル計算を行った.その結果,エウロパの氷が対流していないならば,氷の厚さを見積もることが可能であるという結果を得た.氷が対流している場合では,氷全体の厚さの決定は不可能であるが,対流層の上層にあるリソスフェアの厚さを見積もれることが分かった.この観測方法は解決すべき課題も多いが,将来の氷衛星探査に新たな手掛かりを与えることができると思われる.

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土星の衛星タイタンの成層圏には,秒速200メートルにも達するスーパーローテーションが存在する.一方,対流圏には地衡風平衡の領域が存在し,顕著な季節変動と合わせて,地球大気と似た側面もある.本稿では観測データと複数の数値モデルの結果を踏まえながら,タイタン大気のスーパーローテーションの特徴および生成メカニズムに関する研究を金星大気と比較しながらレビューする.ハドレー循環・順圧乱流・プラネタリー波によってスーパーローテーションを再現できる大気大循環モデルもある.しかし,弱風しか予報しないモデルもあり,熱潮汐・重力潮汐・重力波などが成層圏の強風とどのように相互作用し,対流圏の力学とどのように共存しているのかが今後の大きな課題である.

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太陽系最大の磁気圏を持つ木星には,数十MeVに達する相対論的電子や数百MeVにおよぶイオンによって構成される放射線帯が存在する.木星放射線帯は従来,磁気圏内を高エネルギー粒子が木星近傍の放射線帯領域まで輸送されることによる供給過程と,その過程で生じる衛星やリングとの衝突等による消失過程とのバランスにより形成されると考えられてきた.その一方で近年,木星内部磁気圏で発生するプラズマ波動であるホイッスラーモード・コーラス放射と,高エネルギー電子との相互作用が,放射線帯形成過程において果たす役割の重要性が注目されつつある.その契機となったのは,地球放射線帯の形成過程に関する研究の展開であった.木星及び地球放射線帯研究の密接な関連を示す最近の研究成果を紹介し,特に衛星IoからGanymede公転軌道の領域を探査することの重要性について述べる.

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2020年代に計画されている国際的な木星探査計画の中で,日本は木星磁気圏のプラズマを高緯度から俯瞰的に可視光,赤外線,電波,X線,高エネルギー中性粒子などで多波長観測することで,粒子加速の全貌,木星と衛星との磁場やプラズマを介した相互作用,木星の高速回転で駆動される現象を探ることを狙う.従来の木星探査に欠けていた波長として,搭載を検討しているのがX線リモートセンシング装置である.本稿では,地球周回のX線天文衛星による木星系からのX線についての急速な理解と課題を紹介し,将来木星探査に向けた装置の概念設計と特徴,必要とされる装置技術と開発の予定について報告する.

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氷Ihの水素秩序相である氷XIは強誘電性を有する.氷XI同士には強いクーロン力が生ずるため,宇宙空間に氷XIが存在するか否かは天文学,物理化学の分野で重要な問題である.そこで,氷における水素秩序化の過程や安定性を解明し,宇宙空間での氷粒子の進化への寄与を明らかにすることを目的とした研究を行った.粉末中性子回折の実験結果から,過去に氷XIを経験したことのある氷Ih中には微小な水素秩序領域が存在することが示され,低温下でバルクの氷XIの生成を促進することが分かった.これまで氷XIは非常に限られた温度領域でのみ生成すると考えられてきたが,本研究の実験結果から,宇宙空間のより広い時間的,空間的領域に氷XIが存在する可能性が示された.強誘電性により生ずる強いクーロン力により,氷XIの存在は惑星形成と氷粒子の成長に大きな影響を及ぼしたことが考えられる.

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太陽系の惑星,また近年多数発見されている系外惑星は,どのようにして形成されたのであろうか.これらの惑星達は,微惑星と呼ばれる惑星のもととなる小天体が衝突・合体により原始惑星を形成し,原始惑星同士の衝突をへて地球型惑星が形成される.一方,非常に大きくなった原始惑星が固体核となり膨大な量の大気を集積し,木星型惑星が完成する.大きな原始惑星ができる過程では,天体の衝突は合体・成長をもたらすだけでなく,破壊もおこす.破壊により生成される小さな破片はガス抵抗により原始惑星との相対速度が小さくなるため,原始惑星と衝突しやすくなり,成長を促す.その一方でガス抵抗によりこの破片は角運動量が奪われ,中心星に落下し消失してしまう.この諸刃の剣を両方矛盾無く取り入れると,原始惑星が成長できる大きさには上限が存在し,衝突・破壊が原始惑星の最終質量をきめる.太陽系のような木星や土星をつくる固体核を生成するには,成長時間が十分短く,壊れにくい微惑星が必要となる.現在の太陽系の固体成分よりも10倍重い原始惑星円盤の中で比較的大きい100km大の微惑星ならば,木星や土星は形成可能である.

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近年,月周回衛星「かぐや」をはじめとする各国の月探査計画の成功によって,かつてない程の探査データが集約され,月のリモートセンシング研究は成熟を極めつつある.特に「かぐや」と米国探査機ルナー・リコネサンス・オービター(LRO)で得られた高空間分解能画像データの充実により,月面の年代学研究は大いに進展し,月の地質史を復元するだけでなく,様々な事象の因果関係の理解にも重要な役割を果たしている.そこで本稿では月の年代学研究に関して,「かぐや」データを用いて得られた筆者の研究成果を中心に解説するとともに,更なる年代学研究の発展に向けて,今後の展望についても述べたい.

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前回は林研究室発足の頃のことについて述べたが,今回はずっと飛んで,先生の京都大学定年退官後のことである.先生は1995年に京都賞を授与された.その賞金からご寄付を頂いて,日本天文学会で林忠四郎賞を創設させていただいた.そのあたりの経緯を中心にして,先生の人となりの思い出を述べ,同時に林忠四郎賞創設の記録ともさせていただく.

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2010年2月28日に他界された林忠四郎京都大学名誉教授を偲び,「林太陽系の日々」のタイトルで日本惑星科学会誌Vol.19,No.4〜Vol.20,No.2に3回に分け,中澤清東京工業大学名誉教授に「林先生の人となり,林研究室の日々の生活」を執筆いただいた.計3回の記事は非常な反響を呼び,まだまだ中澤先生の頭の中にあるであろう林先生とのエピソードの数々,中澤先生の研究に対する姿勢を語って頂こうという目的で,「遊星人」の小久保編集委員が中澤先生と対談した.その内容を2部に分けて順次,掲載することとする.

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「月惑星探査の来たる10年」検討では第一段階で5つのパネルの各分野に於ける第一級の科学について議論した.そのとりまとめを報告する.地球型惑星固体探査パネルでは,月惑星内部構造の解明,年代学・物質科学の展開による月惑星進化の解明,固体部分と結合した表層環境の変動性の解明,が挙げられた.地球型惑星大気・磁気圏探査パネルは複数学会に跨がる学際性を考慮して,提案内容に学会間で齟齬が生じないように現在も摺り合わせを進めている.本稿では主たる対象天体を火星にしぼって第一級の科学を論じる.小天体パネルでは始原的・より未分化な天体への段階的な探査と,発見段階から理解段階へ進むための同一小天体の再探査が提案された.木星型惑星・氷衛星・系外惑星パネルは広範な科学テーマの中から,木星の大気と磁気圏探査,氷衛星でのハビタブル環境の探査,系外惑星でも生命存在可能環境と生命兆候の発見について具体的な議論を行った.アストロバイオロジーパネルでは現実的な近未来の目標として火星生命探査を,長期的な目標として氷衛星・小天体生命探査を目指した観測装置開発が検討された.これらのまとめを元に「月惑星探査の来たる10年」検討は2011年7月より第二段階に移行し,ミッション提案・観測機器提案の応募を受け付けた.

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2011年6月下旬,「あかつき」は地球から見て太陽のほぼ反対側を通過した.そこで,「あかつき」から地球に向けて電波を送信し,太陽の近くを通過した電波を地上で受信して分析するという,電波掩蔽(えんぺい)の手法によって太陽コロナの変動を調べた.

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