カロン

カロンは冥王星最大の衛星であり、母天体との相対的な大きさで見れば太陽系最大の衛星である。半径は約606kmで、冥王星の直径のおよそ半分に達する。両者はサイズがあまりにも均衡しているため、惑星とその衛星というより、むしろ結びついた一対の天体のように振る舞う。共通の重心は両者の間の空間に位置しており、それぞれが自身の表面の外側にある一点を中心に回転している——このため冥王星とカロンは、単純な衛星と母天体というより「連星型準惑星系」と呼ばれることが多い。

発見から40年近くの間、カロンは冥王星のそばにあるぼんやりとした伴星の点にすぎなかった。それが変わったのは2015年7月、NASAのニューホライズンズ探査機がこの系を通過し、誰も予想していなかったほど地質学的に劇的な世界の、初めて鮮明な姿を届けた時である。

写真乾板の膨らみから発見

カロンは1978年6月22日、アリゾナ州にあるアメリカ海軍天文台フラッグスタッフ観測所のジェームズ・クリスティによって、同僚の天文学者ロバート・ハリントンとともに発見された。クリスティは衛星を探していたわけではなく、冥王星の軌道を精密に求めるために写真乾板を測定していたところ、冥王星の像が奇妙に細長くなっていることに気づいた——それは規則的なリズムで現れては消える、かすかな膨らみだった。この周期的なにじみは、当時の望遠鏡では明確に分離できないほど冥王星に近い衛星であることが判明した。

クリスティは、冥王星が支配する冥界へ魂を運ぶ渡し守にちなんで「カロン」という名を提案した——神話的にも実にふさわしい対応であり、同時に妻シャーリーンの愛称「シャー」にも掛けていた。国際天文学連合はこの名称を1985年に正式に採用した。この発見により、太陽系のこの領域についての天文学者の理解は一気に鮮明になった。カロンの軌道を追跡することで、ようやく冥王星の真の質量と大きさが確定し、それまでの推定よりはるかに小さいことが明らかになったのである。

固く結ばれた相互の抱擁

カロンは冥王星からわずか19,600km足らずの距離を公転しており——多くの衛星が巨大惑星に寄り添う距離よりも近い——ほぼ完全な円軌道、ほとんど傾きのない経路を6.39地球日ごとに一周する。この周期は偶然ではない。冥王星自身の自転周期と正確に一致しているのだ。この系は二重に、つまり相互に潮汐固定されており、両天体は互いに常に同じ面を向け合っている。

その帰結は想像すると奇妙なものだ。カロンの冥王星側の半球からは、冥王星は空に静止したまま、昇ることも沈むこともなく、その場でゆっくりと表面の模様や満ち欠けを変えていく。一方、どちらの天体でも反対側の半球からは、相手の姿は決して見えない。これは太陽系のどこにもない、最も完璧な同期した惑星・衛星のダンスの実例である。

割れた地殻

ニューホライズンズは、多くの科学者が予想していたような、傷だらけで均一な氷の塊よりもはるかに賑やかな表面を明らかにした。カロンで最も印象的な特徴は、その表面を横切る巨大な峡谷と溝の帯である——非公式に「セレニティ・カズマ」と名付けられた峡谷を含み、その長さは1,600kmを超え、グランドキャニオンのおよそ4倍の長さに達し、深さも場所によってはその約2倍、最大7kmに達する。ミッションの地質学者たちは、まるで衛星の地殻全体が引き裂かれたかのようだと表現した。

この裂け目は、太古の内部海の記録である可能性がある。もしカロンがかつて氷の殻の下に液体の水の層を抱えていたなら、それが凍結する際に衛星は膨張を強いられ、内側から外殻を破砕したはずである。大峡谷群の南には「ヴァルカン平原」があり、比較的滑らかでクレーターの少ない広大な平野が広がっている。これは再形成された地形と見られ、水とアンモニアからなる氷火山性の「溶岩」が割れ目から湧き出し、凍結して固まったものと考えられている。

モルドールと呼ばれる赤い染み

カロンの北極は、赤褐色のぼんやりとした斑点に覆われており、ニューホライズンズのチームはトールキンの「指輪物語」に登場する暗黒の地にちなんで「モルドール・マキュラ」と名付けた。その成因は、このフライバイがもたらしたより優雅な発見の一つである。冥王星の希薄な大気から漏れ出したガス——主にメタン——がカロンへと漂着し、冬の極の深い寒さの中で凍結して閉じ込められる。そこでは温度が十分に低いため、ガスは凍って析出する。

カロンの長い季節を通じて、この凍結したメタンは紫外線と放射線にさらされ続け、分解されて「ソリン」と呼ばれる重く赤みを帯びた有機化合物へと変質する。数百万年をかけてこれが蓄積し、私たちが目にする薄暗い染みとなる。実質的には、一方の天体が静かにもう一方の極を染め上げているのであり——それは冥王星とカロンの間に表面に刻まれた化学的な絆なのである。

氷に覆われた大気なき世界

冥王星とは異なり、カロンには目立った大気がなく、冥王星が見せる豊かな色彩の変化もほとんど見られない。表面は水氷が支配的で、氷火山活動の過去を示唆するアンモニア系化合物の斑点が点在し、赤い極冠を除けばほぼ全域が灰色でクレーターに覆われている。冥王星の半分の直径でありながら、質量はそれよりはるかに小さいカロンは、密度が低く氷に富む天体であり——これは若い冥王星に巨大衝突が起き、砕け飛んだ破片から形成されたという説と整合的で、地球の月の成因として提唱されているものと同じ大枠のシナリオである。

観測する方法

カロンは自宅の庭で観測する者にとって、本物の難関である。冥王星の距離では、この一対の天体は合わせて14等級ほどの明るさにしかならず、肉眼はもとより小型望遠鏡の限界をはるかに超えている。しかもカロンは冥王星のすぐそばに位置するため、両者を視覚的に分離するには大口径のアマチュア機材、極めて良好なシーイング、そして忍耐強い技術が求められる。ほとんどの愛好家は、冥王星とカロンを分離できない一つの点として、夏の天の川の星々を背景にゆっくりと動く様子を追うにとどまる。カロンの峡谷やその陰影に満ちた赤い極を本当に目にするには、2015年にニューホライズンズがもたらした画像が、今のところ私たちに残された唯一の窓である。