海王星

海王星は太陽系で8番目、最も外側にある惑星であり、地球の30倍以上の距離を公転している——太陽光が届くまで約4時間かかり、地球で受け取る量の約900分の1の明るさしかないほど遠い。海王星は太陽系の2つの氷の巨大惑星のうち小さく密度が高いほうで、水・アンモニア・岩石からなる高温の内部を、水素・ヘリウム・メタンの層が包み込んだ、深い青色の世界である。太陽からの熱をほとんど受け取っていないにもかかわらず、その大気はどの惑星よりも激しく、誰もまだ完全には説明できていない超音速の風によって駆動されている。

海王星はまた科学史において特異な地位を占めている。数学によってまず発見され、その後になって初めて望遠鏡で確認された唯一の惑星なのだ。天王星に及ぼす重力の影響から予測され、1846年の探索初日の夜に、計算された位置からわずか1度以内の場所で発見された——ニュートン力学を単なる理論から、新しい世界を発見するための道具へと変えた快挙であった。

見る前に紙の上で発見された

1840年代までに天文学者たちは、天王星がまるでさらに外側にある見えない天体に引っ張られているかのように、予測された軌道からずれていることに気づいていた。フランスのユルバン・ルヴェリエとイギリスのジョン・クーチ・アダムズはそれぞれ独立に、その軌道のふらつきを使ってそのような惑星がどこにあるはずかを計算した。ルヴェリエの数値はベルリンに最初に届き、1846年9月23日から24日にかけての夜、天文学者ヨハン・ガレは学生ハインリヒ・ダレストの助けを借りて、予測地点からおよそ1度以内で海王星を発見した。これは、いかなる目で確認される前に重力によってその存在が推定された、史上初の惑星であった。

この発見は天体力学における画期的な出来事であり、後にボイジャー2号が着想の元にした環の名前——ガレ、ルヴェリエ、ラッセル、アラゴ、アダムズ——は、この発見に関わった人々の名簿のように読める。海王星そのものが発見されてからわずか17日後、ウィリアム・ラッセルはその巨大な衛星トリトンを発見した。

ガス惑星ではなく氷の巨大惑星

海王星の半径は約24,622km——地球のほぼ4倍——であり、その体積の中に地球質量の約17倍を詰め込んでおり、4つの巨大惑星の中で最も密度が高い。水素とヘリウムが圧倒的多数を占める木星や土星とは異なり、海王星の質量の大部分は水・メタン・アンモニアといった「氷」からなる高温・高密度の流体であり、地球ほどの大きさのおおむね岩石質の核の上に層をなしている。この組成こそが、海王星と天王星が「氷の巨大惑星」として別に分類される理由である。

見える表面は、メタンを含んだ水素・ヘリウムの大気であり、メタンが赤い光を吸収し青い光を反射することが、淡い天王星よりも深く鮮やかな海王星特有の濃いコバルトブルーの色の元になっている。雲頂温度は摂氏マイナス200度前後にとどまるが、海王星は太陽から受け取るエネルギーの約2.6倍ものエネルギーを放射しており、研究者を今なお悩ませる強力な内部熱源の存在を裏付けている。この熱源はまた、海王星の猛烈な気象を駆動する一因ともなっている。

太陽系で最も風の強い世界

海王星の大気は、太陽系のどこよりも速い持続的な風にさらされている。その嵐の縁の周辺で、ボイジャー2号は時速約2,100kmという突風を記録した——これは超音速であり、木星や地球のいかなる風よりもはるかに強力である。高高度にあるメタンの氷でできた明るい巻雲の筋が、その下の雲層に影を落としており、大気全体はおよそ16時間で一回転する。

最も有名な特徴は、1989年にボイジャー2号によって撮影された、地球ほどの大きさを持つ反時計回りの嵐「大暗斑」であり、木星の大赤斑を思わせる姿だった。数年後にハッブル宇宙望遠鏡が観測した際には、その斑点は消えており、その後、惑星の別の場所に新たな暗い渦が現れては消えていった——木星の何世紀も続く嵐とは異なり、海王星の大きな斑点は一時的なもので、数年の単位で形成と消滅を繰り返す証拠である。

環とアーク、そして衛星の一家

海王星は、ボイジャー2号が到着して初めて確認された、淡くちりに満ちた一連の環に囲まれている。最も特異なのは最も外側にあるアダムズ環で、そこではちりが「自由(リベルテ)」「平等(エガリテ)」「友愛(フラテルニテ)」「勇気(クラージュ)」と名付けられた明るいアーク状の塊に集まっており、環の物質は均等に広がるはずだという予想に反する存在で、小さな衛星ガラテアによって羊飼いのように束ねられていると考えられている。

この惑星には16個の衛星が知られており、そのうちの一つが圧倒的な存在感を放っている——トリトンである。トリトンは海王星を周回する物質の質量の99%以上を占めている。トリトンは太陽系にある大型衛星の中で唯一、惑星の自転方向とは逆向きに公転している天体である。この逆行かつ大きく傾いた軌道は、惑星と一緒に誕生した衛星ではなく、捕獲されたカイパーベルト天体であることの証だ。表面温度はマイナス235度前後で、これまでに計測された中で最も低温な天体の一つに数えられるが、ボイジャー2号はそのピンク色でカンタロープメロンのような質感の表面から、数kmの高さまで噴き出す窒素の間欠泉を捉えた——今なお地質学的に活動を続ける凍った世界である。

一度きりの訪問、そして遠い1年

海王星に到達した探査機はこれまでにたった一機だけである。1989年8月25日、外惑星をめぐる「グランドツアー」の最後に、NASAのボイジャー2号は海王星の北極付近の雲頂からわずか約4,950kmの高度をかすめて通過した——1977年に地球を離れて以来、いかなる惑星に対しても最も近い接近であった。わずか数日のうちに6個の新しい衛星を発見し、環の存在を確認し、大暗斑を地図化し、トリトンの間欠泉を明らかにしたのち、進路を南へ曲げて太陽系を去っていった。それ以降ミッションが送られたことはなく、提案されている複数の周回探査機や探査機案も、到着するまでに10年をゆうに超える見込みである。

海王星の遠さは、その暦をも引き延ばしている。平均距離30.07天文単位で、公転を1周するのに約164.8地球年かかるため、発見以来初めて公転を1周し終えたのはようやく2011年のことだった——海王星の1年は、この惑星の研究における近代史すべてに相当する長さなのである。

海王星の見つけ方

海王星は肉眼では決して見ることのできない唯一の主要惑星であり、等級約7.8のため常に双眼鏡か望遠鏡を必要とする。良い星図や天文アプリを使って、背景の恒星の中をゆっくり動くその位置を特定すれば、安定した双眼鏡でかすかな光の点として見ることができる。より高倍率の小型望遠鏡なら、小さな青灰色の円盤としてかろうじて分解でき、周囲の恒星とこの最も遠い惑星とを区別するには十分だが、その雲の詳細や環は依然として探査機や大型天文台の領域にとどまっている。