イアペトゥス

イアペトゥスは土星の大型衛星の中で最も外側を回る衛星であり、群を抜いて最も奇妙な姿をしている。一方の半球は石炭のように黒い物質に覆われ、もう一方はほぼ新雪のように明るい。ジョヴァンニ・カッシーニは1671年にこの衛星を発見した瞬間からその違いに気づいていた。彼はイアペトゥスが土星の西側にあるときは見つけられるのに、軌道の東側では完全に見失ってしまうことに気づき、片面がもう一方よりはるかに暗いに違いないと正しく推論した。その理由がついに説明されるまでには、3世紀以上と、彼の名を冠した探査機が必要だった。

半径約735km、岩石の核をおよそ4分の3の水の氷が覆う構造を持つイアペトゥスは、数字の上では控えめな天体である。しかしこの衛星を特別な存在にしているのは、どこにも見られない組み合わせだ。二面性を持つ表面、赤道を取り巻く高くそびえる山脈の壁、そして他の土星系の大型衛星のどれとも一線を画す、遠く傾いた軌道である。

二つの顔を持つ衛星

イアペトゥスは潮汐固定されているため、軌道を進む際には常に同じ半球が先頭に立つ。発見者にちなんでカッシーニ・レジオと名付けられたその先行半球は、驚くほど暗く、当たった太陽光の3〜5%しか反射しない。一方、ロンスヴォー・テラとサラゴサ・テラという明るい平原に分かれた後方半球は、50〜60%を反射する。両者を並べると、明るさの差は10倍を超え、太陽系のあらゆる大型天体の中でも最も極端なアルベド(反射率)の対比となっている。

その暗い被膜は驚くほど薄く、場所によってはわずか数十センチメートルほどしかない。これは、被膜が内部から作られたものではなく、外から塗られたものであることを物語っている。その供給源と見られるのがフィーベで、この暗い外側の衛星は土星を取り巻く巨大でかすかな環に塵をまき散らしており、この環(フィーベ環)は赤外線望遠鏡によって2009年にようやく検出されるまで発見されていなかった。イアペトゥスがこの塵の中を通過する際、進行方向を向いた半球が赤褐色の膜をまとうのである。

暴走するフィードバックループ

暗い領域と明るい領域が先行面・後行面と完全には一致しないことから、塵だけではすべてを説明できないことがわかる。2007年のカッシーニによる接近フライバイのデータは、第二の自己増幅プロセス、すなわち熱的分別を示唆した。イアペトゥスの自転周期は79日に一度と非常に長く、その長く緩やかな一日が、暗い地面を太陽の下で焼くことを可能にしている。カッシーニ・レジオの暗い領域は日中に約−144℃に達し、これはこの天体としては暖かい部類に入る一方、明るい氷は約−160℃にとどまる。

この温度差が暴走するループを生み出す。暗く暖かい部分の氷は昇華し、より冷たく明るい地形の上に再凝結する。その結果、暗い斑点はさらに暗く乾燥し、明るい領域はますます氷に富み、反射率が高くなっていく。フィーベの塵が均衡を崩すきっかけを与え、その後は衛星自身の熱物理学がそれを推し進め、ぼんやりとした染みを、私たちが目にする鮮やかな二色の世界へと際立たせていったのかもしれない。

世界を取り巻く壁

2004年12月にカッシーニがイアペトゥスを撮影したとき、誰も予想していなかった特徴が明らかになった。それは赤道にほぼ正確に沿って走る山脈の稜線である。長さ約1,300km、幅は最大20km、高さは約13kmに達し、個々の峰は20kmを超えるものもある(太陽系全体でも最も高い山々の一つ)。この稜線は赤道線に驚くほど正確に沿っており、そのため衛星にクルミのような明瞭な扁球状の輪郭を与えている。名前の付いた峰にはトレド山地、トルテローザ山地、カルカソンヌ山地などがある。

その形成過程については誰も確信を持っていない。有力な説は大きく二つに分かれる。一つは、イアペトゥスがかつてはるかに速く自転しており、剛体の地殻がその膨らみを固定したまま扁平な形に凍結したという説。もう一つは、かつて存在した破片の環が赤道に降り注ぎ、積み重なって山脈になったという説である。この稜線は暗いカッシーニ・レジオ側にしか存在せず、そのため謎は依然として解けないままである。

一線を画す軌道

イアペトゥスは土星の周りを約356万kmの距離、すなわちタイタンの距離のおよそ3倍の位置で公転しており、一周するのに79.3日かかる。その軌道はまた大きく傾いており、土星の赤道面に対して15.47度傾いている。これは環の平面にほぼ沿って周回する他の大型衛星とは異なる特徴である。この距離と傾きは、おそらく太陽系形成初期に起きた激しい重力的遭遇に起因すると考えられている。

その見返りは、他のどの土星の大型衛星も提供できない眺めである。イアペトゥスは環の平面よりはるかに高い位置を周回しているため、土星の環が真横から見えてほとんど見えなくなるのではなく、開いて壮観に見える唯一の大型衛星なのである。稜線の上に立つ観測者は、縞模様のある巨大な惑星とその環が何週間も黒い空に浮かんでいるのを眺めることになるだろう。

私たちがこの世界を知るに至った経緯

3世紀にわたり、イアペトゥスは変光する光の点にすぎなかった。ボイジャー1号とボイジャー2号は1980年と1981年に最初のぼんやりとした接写画像を送り返し、明暗の分裂を確認したものの、詳細は不明のままだった。本格的な解明をもたらしたのはNASAとESAのカッシーニ探査機で、複数回にわたりこの衛星を観測した。2004年12月31日の遠距離観測と、2007年9月10日の地表からわずか約1,227kmまで接近した目標フライバイである。これらのカッシーニによる観測が、私たちが現在この世界について理解しているほぼすべての基礎となる、温度マップ、稜線の画像、組成データをもたらした。