天王星

天王星は太陽から数えて7番目の惑星であり、木星や土星を支配する水素とヘリウムではなく、水・アンモニア・メタンからなる深く高温のマントルが小さな岩石核を包み込んだ、2つの「氷の巨大惑星」のうちの最初の天体である。半径は約25,400kmで太陽系第3位の大きさを誇り、地球の4倍の幅を持つが、太陽から約19天文単位も離れた場所にあり、太陽光が届くまで2時間40分もかかるほど暗く遠いため、望遠鏡の時代が来るまで惑星として気づかれることはなかった。

天王星を特異な存在にしているのはその姿勢である。この惑星は横倒しになっており、軸の傾き97.77度という角度で、公転軌道面とほぼ同じ平面上で自転している。コマのように直立して回るのではなく、太陽の周りを転がるように公転しているのであり、他のどの惑星もこの幾何学的配置に近づくことはない。

望遠鏡で発見された最初の惑星

土星までの惑星はすべて古代から知られており、肉眼でもはっきり見える明るい「さまよう星」であった。天王星はその連続記録を破った。1781年3月13日、ドイツ生まれのイギリス人天文学者ウィリアム・ハーシェルは、バースの自宅の庭から夜空を観測中、小さな円盤状の天体を発見し、当初は彗星だと思った。2年も経たないうちに、そのゆっくりとした、ほぼ円形の軌道から新しい惑星であることが判明した——望遠鏡の助けを借りて発見された初めての惑星であり、太陽系の既知の広がりを一夜にして倍増させた発見であった。

ハーシェルはこの天体を国王ジョージ3世にちなんで「ゲオルギウム・シドゥス」と名付けたかったが、他の人々は「ハーシェル」を提案した。最終的に定着した名前は、天文学者ヨハン・ボーデが提案した「ウラヌス(天王星)」——ギリシャ神話の天空の神であり、ふさわしいことに土星の父であり木星の祖父にあたる神で、惑星界の果てにおいても神話上の家系のつながりを保っている。

横倒しになった世界

97.77度という軸の傾きは単なる珍現象ではなく、太陽系で最も奇妙な四季をもたらしている。天王星はほぼ横向きに寝ているため、各極はおよそ42年間絶え間ない日照にさらされ、その間もう一方の極は42年間途切れることのない暗闇に包まれる——84年の公転周期の半分ずつがそれぞれの極に割り当てられる形だ。天王星の1年のうち4分の1の期間、太陽は極のほぼ真上に位置する、他のどの惑星も経験しない配置である。

最も有力な説明は、遠い過去に起きた激しい出来事だとされる。惑星形成初期に地球サイズの天体が1回、あるいは複数回衝突し、天王星を横倒しにしたというものだ。金星と同様、天王星も逆行自転をしており、東から西へと回転する。しかもそれはかなり速く、1日はわずか約17時間しかない。

淡いシアン色に輝く理由

天王星の大気はほとんどが水素とヘリウムで、そこに少量ながら決定的な割合のメタンと、微量の水とアンモニアが加わる。メタンは太陽光の赤い成分を吸収し、青と緑を反射するため、1986年にボイジャー2号のカメラが記録した、柔らかく特徴に乏しいアクアマリン色をこの惑星は示している。木星や土星が縞模様や嵐で沸き立っているのに対し、可視光で見る天王星はほとんど無地に見える——滑らかなシアン色のビリヤード球のようで、かすかな雲の帯は高高度のメタンの靄の下に埋もれている。

天王星はまた太陽系で最も寒い惑星でもある。その大気は最低で約49K——摂氏でおよそマイナス224度——にまで落ち込み、場所によってはさらに遠いはずの海王星よりも寒い。天王星は他の巨大惑星に比べて内部から放出する熱が著しく少なく、海王星や木星のように内側から自らを温めているわけではない。

淡い環と歪んだ磁場

天王星には13個の環が確認されている。狭く暗い色をしており、土星の環を華やかに見せている明るい氷ではなく、粗く炭のように黒い粒子でできている。これらは1977年3月10日、ジェームズ・エリオットらの天文学者チームが偶然発見した。彼らは天王星の背後を恒星が通過する際、惑星の両側で恒星の光が何度か瞬くように消えるのを観測し、それまで直接見えたことのなかった細い環の存在を明らかにしたのである。

この惑星の磁場も同様に型破りである。ボイジャー2号は、磁場が自転軸から約59度傾いており、しかも惑星の中心からかなりずれた位置にあることを発見した。これにより、天王星が自転するにつれて磁気圏が激しく揺れ動く——地球や木星のようにおおむね中心に位置し軸に沿った磁場とは全く異なる状態を生み出している。

氷の衛星の一家

天王星には少なくとも28個の衛星が知られており、他のどの惑星とも違い、これらは古典神話の人物にちなんでではなく、ウィリアム・シェイクスピアの戯曲やアレクサンダー・ポープの詩に登場する人物にちなんで名付けられている——ティターニア、オベロン、アリエル、ウンブリエル、パック、コーデリア、オフィーリアなど。5つの主要な衛星は岩石と水の氷でできた世界であり、過去の地質活動によってクレーターが刻まれ、ひび割れている。

その中で際立っているのが、半径わずか約236kmの小さな衛星ミランダである。その表面は稜線、溝、階段状の断層ブロックが入り乱れたパッチワークのようになっている。ここにはヴェローナ断崖(ヴェローナ・ルペス)があり、最大で約20kmもの深さに落ち込む断崖絶壁で、太陽系のどこにも見られないほど高い崖の一つであり、グランドキャニオンを何倍も凌ぐ深さを持つ。

一度だけの探査

天王星を周回した探査機はこれまで一つもない。近接観測から得られた知識はすべて、たった一度の訪問——1986年1月24日にNASAのボイジャー2号が雲頂からわずか約81,500kmの距離まで接近して通過した際のもの——に由来する。わずか数時間のうちに、この惑星とその環、衛星の初の詳細画像を送り返し、11個の新しい衛星と2つの新しい環を発見したのち、海王星へ向けて飛び去っていった。

そのフライバイはほぼ40年前に行われ、惑星の長い1年のうち太陽に対して傾いたある一瞬しか捉えていないため、天王星は主要惑星の中で最も理解が進んでいない天体の一つであり続けている。専用の天王星周回探査機は、今後の惑星探査における最優先課題の一つに位置づけられており、実現すれば科学者たちはようやくその四季の移り変わりを観測し、深い内部を探査し、環と衛星を長期にわたって地図化できるようになるだろう。

天王星の見つけ方

天王星はまさに肉眼で見える限界のすれすれに位置している。本当に暗く月明かりのない空の下では、どこを見ればよいか正確に知っている観察眼の鋭い人ならば、等級5.7ほどのかすかな点としてかろうじて見ることができる——しかし実際にはほとんどの人が双眼鏡か小型望遠鏡を必要とし、背景の恒星と区別するために星図も必要とする。ある程度の口径の望遠鏡で見ると、小さな淡い青緑色の円盤として分解され、点のような恒星ではなく紛れもなく惑星だとわかる。ただしその遠さゆえ、地球からは表面の詳細をほとんど見ることはできない。