もし誰かが私たち以外の惑星を描いてくれと頼んだら、おそらく土星を描くでしょう。 しかし、歴史のほとんどの期間、人類は環を見ることができませんでした。 古代インド、エジプト、バビロン、イスラム圏の天文学者たちはそうではなかった。 プトレマイオスもギリシャ・ローマ人も、それでも土星が水星や金星よりも地球から遠いことを見抜いていた。 地球が太陽の周りを回っているただの惑星であることを示したニコラウス・コペルニクスでもない。 土星の直径を計算しようとしたデンマークの貴族で錬金術師のティコ・ブラーエも（大きく外れた）

最初にそこに何かを見出したのはガリレオ・ガリレイでした。 彼の原始的な望遠鏡は、肉眼よりもわずかによく天を見渡せるだけだったが、1610年に彼は土星の両側に未発見の天体が2つあるのを見たように思った。 「彼はトスカーナ大公の顧問に宛てて、「土星は1つではなく、3つで構成されているというのが事実である」と書いている。 しかし2年後、環が太陽に向かって真横に傾き、地球からは基本的に見えなくなっていたため、ガリレオは2つの不思議な仲間が消えていることに気づき、驚きを隠せなかった。 「この奇妙な変身について何を語ればよいのだろうか」と彼は考えました。

17世紀の優れた頭脳は、あらゆる種類の説を考え出しました。 土星は楕円形であるとか、蒸気に包まれているとか、実は2つの暗い斑点のある球状であるとか、惑星と一緒に回転するコロナがあるとか。 そして1659年、オランダの天文学者クリスティアン・ホイヘンスが、土星は「黄道に対して傾斜し、どこにも接触しない、薄くて平らな輪」に囲まれているという説を初めて発表した。 イタリアとフランスの天文学者ジョバンニ・カッシーニは、1675年にさらに一歩進んで、環のほぼ中央に不可解な細くて暗い隙間があることに気づいたのである。 1つのリングに見えたものは、もっと複雑なものであることが判明したのだ。 現在では、この「環」は実際には8つの主環と何千もの環状部分から構成されていることが分かっています。 リングの中には、完全な月がその中を歩き回っているものもあります」

リングの最初の直接測定には、カッシーニとホイヘンスが再び参加しました。 彼らではなく、1997年に打ち上げられ、2017年まで土星とその衛星を周回した40億ドルのNASAカッシーニ・ホイヘンス・ミッションのことである。 (今年の夏、NASAは土星最大の衛星タイタンに向かう「ドラゴンフライ」と名付けられた新しいミッションを発表した)。 この探査機によって、環の大部分が水の氷塊でできており、その大きさは微小なものから幅数十フィートの巨石までさまざまであることが確認された。 月が地球の周りを回っているのと同じ理由で、環は土星の周りを回っている。 その速さは、惑星の引力をぎりぎり打ち消すのに十分な速さであり、距離を保っている。 氷の粒は、それぞれが同じような軌道をたどっているため、リング状に落ちている。 環の内側の粒子は、外側の環の粒子よりも速く動きますが、これは、より強い重力と戦っているからです。 しかし、あまりに薄いため、土星の春分の日には、太陽の光がリングに直接当たるため、地球から見るとリングはほとんど見えなくなってしまう。 主環の平均的な厚さは3メートル以下と考えられている。 最近の研究では、最も明るい環であるB環の一部が、わずか3～10フィートの厚さしかないことがわかった。

天文学者は長い間、土星の環の起源について不思議に思っていた。 ある人は、約45億年前に惑星が自らを引き寄せたときに出現したと考えていました。 また、月や小惑星、彗星、あるいは矮小惑星の残骸が衝突してできたとする説もあり、おそらく1000万年ほど前のことでしょう。 しかし、これらの惑星がいつまで続くかという問題には、あまり真剣な関心が持たれていないようである。 土星の環のほとんどは、ロシュ限界と呼ばれる、惑星の潮汐力が物体自身の重力に打ち勝ち、物体を引き裂くことなく衛星が大きな天体の周りを周回できる距離の範囲内にある。 (ロシュ限界の外側にある土星の環は、月など他の衛星の重力の影響を受けて一緒になっている）。

そして2012年の夏、ジェームズ・オドノヒューという26歳の博士候補は、イギリスのレスター大学の何の変哲もない研究室に座っていました。 彼は土星のオーロラ（極域の光のショー）を研究することになったのだ。 H3+と呼ばれる水素の一種で、3つの陽子と2つの電子を持つ反応性の高いイオンに着目していた。 H3+は、水や炭素の生成から星の形成に至るまで、さまざまな化学反応に関与している。 オドノフ氏は、「H3+を見るたびに、クールでクレイジーな物理学を発見するのに役立ちます」と述べています。 彼は時々立ち上がってお茶を入れ、それからまた座って、彼が「ホワイトノイズのように見える」と表現したスクリーン上の白黒のスペクトル画像を見つめた。 しかし、せっかくなので、O’Donoghueは極から離れた他の緯度の地域をよく見てみることにしました。 すると、予想に反して、一様ではなく、はっきりとした帯状のH3+を発見したのだ。 「数日後、O’Donoghueは真夜中にオフィスで、自分が見たものが本物であることを確信しました。 「死んだように静かなオフィスで一人で座っていると、突然、疾走しなければ説明できないような方法で心臓がドキドキし始め、そのすべてが曖昧に見えるデータ ポイントのセットであるというのは、不自然な経験です! 「今まで見たことのない新しいオーロラの帯か、まったく新しいものだと思ったんです。 オドノフ氏は、一種の気象現象ではないかとも考えました。 しかし、バンドは土星の雲の頂上から何百マイルも上にあったので、不可能ではないにしても、それはありそうもないように思えました。 というのも、帯は土星の雲の頂上から何百マイルも上空にあるからです。「天気は、あのように高いところには行かないのです」と彼は言いました。 最も可能性の高いシナリオは、何かが環から大気圏に移動しているというものであった。 そして、環は主に水の氷でできているので、水が土星に降り注いでいる可能性が高いということだった。 これは驚くべきことだった。

O’Donoghue は、この観察が何か重要なことを示していると顧問を説得するのに10日ほどかかりました。 「特別な主張には特別な証拠が必要だ」と、O’Donoghue は古い科学的格言を引用しながら私に言いました。 「私は新米でしたから」。 レスターの研究室でのあの夜は、まだ始まりに過ぎなかったのだ。 その後7年間で、この無名の若いイギリス人天文学者が、絶望的な子供時代を経てアカデミックな科学の世界に飛び込み、最近の歴史の中で最大の惑星発見の1つを成し遂げたことを、世界は知ることになるのです。 私たちはゴダードのキャンパスを車で通り抜け、34号館（エクスプロレーション・サイエンス・ビルディングとしても知られています）へ行き、小さな講義室に落ち着きました。 後ろのホワイトボードには、保護メガネをかけた擬人化された惑星のカラフルな絵が描かれていて、その横には「縮尺はありません」という注意書きがありました。 その横には誰かが「すごい！科学だ！」と書いていた。

現在33歳のオドノヒューは、太陽系のすべての惑星、さらに月、星、銀河、超新星を観測してきたが、主にガス惑星である木星と土星の上部大気に焦点を合わせている。 近傍の惑星に比べ、土星は長い間、科学者にとっても捉えどころのない存在だった。 「土星はあまり手がかりを与えてくれないのです」と彼は言う。 火星のクレーター状の表面と二酸化炭素を主成分とする大気、そして火星を赤く染めている酸化鉄の塵については、科学者たちは今までにかなり多くのことを知っている。 例えば、木星の明るい色の帯は暗い帯より冷たく、大赤斑は反時計回りに回転している嵐である。 一方、「土星はもっと寒く、文字通り凍りついてしまうのです」とオドノフー教授は言う。 木星で見られるような帯状の構造は、土星では消えてしまうのです。 土星では黄金色に輝いているのです。 と、彼はポーズをとった。 “黄金色 “っていうのはいいよね。 オドノヒューと彼のアドバイザーであるレスターの惑星天文学の准教授、トム・スタラードは、土星の予想外の6つの緯度でH3+の明確なバンドを見ることに同意すると、次のステップは、それを引き起こすものを解明することでした。 土星の磁力線がその手がかりとなった。 高校の物理の先生がやってくれた実験を思い浮かべてほしい。 白い紙の下に長方形の磁石を置き、その上に鉄粉をかける。 すると、磁石の両端（極）から鉄片が2本の花のような形をした線になり、それが丸みを帯びて互いに流れ込んでいるのです。 ほとんどの惑星がそうであるように、土星もこの実験の巨大版のような働きをする。

土星の磁力線にも特別な癖があり、北に大きくシフトしています。 オドノフが気づいた光る帯は、土星の磁力線が3つの環を通過する位置にほぼ正確に一致しており、しかも北にずれていたのですから、磁力線と関係があるはずです。 つまり、磁力線と関係があるのです。最もありそうなシナリオは、太陽光や小さな隕石の衝突によるプラズマ雲が、リングの中で氷の粒子を帯電させ、磁場がそれをつかむというものです。 オドナヒューは、1984年に宇宙物理学者のジャック・コナーニーが「リングレイン」という言葉を作ったことを知りませんでした。 1979年から1981年にかけてパイオニアとボイジャーが収集したデータを使って、コナーニーは特定の場所に粒子の霞がかかっていることを説明し、物質がリングから降りてきていることを示唆したのです。 (H3+はまだ宇宙では検出されていませんでした）

彼のアイデアは、当時はあまり受け入れられませんでした。 しかし、2013年にオドノヒューとスタラードがネイチャー誌に論文を投稿したとき、編集者は専門家の意見を聞くために原稿をコナーニーに送りました。 “若い男からこの論文の査読を受けたんだ。 私は彼が誰なのか知りませんでした」と、私がゴダードで彼に会ったとき、コナーニーは言った。 その頃、木星へのミッション「ジュノー」と火星へのミッション「メイヴン」に何年も携わっていたコネニーは、オドノヒュー氏に、本来なら忘れられていた彼の論文について話しました。

「『リング雨』なんて聞いたこともなかった」と、オドノヒュー氏はその時の驚きを思い出しています。 「80年代から埋もれていたのです」

オドノヒューの論文がネイチャー誌に掲載されると、彼は自分の人生があまりにも早く変わったことに驚かされました。 世界中の報道陣が彼にインタビューの依頼を殺到させたのです。 天文学の権威あるセンターが彼に求婚してきたのです。 これは、ほんの数年前まで、倉庫で木箱を運ぶ仕事をしていた男にとって、かなり頭の痛い変化で、自分の暗い生い立ちの下向きの引力から逃れる方法をまだ理解していませんでした。 映画『コンタクト』のジョディ・フォスターのような、そんな物語を持つ同僚がうらやましいという。

オドノヒューの父親は、彼が生後18ヶ月のときに彼の人生を去り、二度と連絡を取ることはなかった。 「誕生日カードさえも」と、オドナヒューは私に言いました。 10歳になるまで、彼は母親と一緒に、チャールズ・ダーウィンが生まれたセヴァーン川沿いの美しい町、イギリスのシュルーズベリーで暮らした。 東側には、J.R.R.トールキンの『ロンリーマウンテン』（竜の巣）のモチーフになったという説もある大きな丘が広がっている。 幼いジェームズにとって、それはおとぎ話ではなかった。 母親が薬物中毒のボーイフレンドに虐待されたため、母親と息子はウェールズの家庭内暴力シェルターに逃げ込んだ。 「

O’Donoghue はスター学生とはほど遠く、物理は彼の最も苦手とする科目であった。 イギリスの大学に入学するために必要な2年間の課程であるAレベルの途中で退学し、職業訓練校に入学した。 エレベーターの駆動回路を作る工場で見習いをした。 静電気を防ぐため、金属製のかごの中に入って作業することもあった。 「これが、私の将来の仕事だ」と彼は言った。 「ずっと檻の中にいて、回路基板を修理するんだ」。 その後、彼は倉庫で40フィートのコンテナから荷を降ろす仕事に就いた。 その後、酪農家の冷蔵庫で働き、暖房もなく天井も「違法に薄い」小さなワンルームマンションに住むことになった。”

21歳の誕生日、オドノヒューは仲間たちとウェールズ西海岸の大学町アベリストウィスで祝うことにした。 その日は「フレッシャーズ・ウィーク」と呼ばれる新学期の始まりの日でした。 「みんなとてもフレンドリーだった。 「人生で最高の時だった」。 翌日、彼はウェールズ大学アベリストウィス校に入学する方法をインターネットで調べた。 8723>

アベリストウィスで、オドノヒューは研究が好きであること、キャンパス内の10インチ望遠鏡を見るのが好きであることに気づきました。 自宅のコンピューターから望遠鏡を遠隔操作して、月の陰になる部分に望遠鏡を向けたり、夜遅くまで流星を探したりしていました。 「紅茶を飲みながら一晩中天文台に座っているようなものです」

彼は数年後、レスターの天文学の大学院に入学すると、自分もそうしていることに気づきました。 博士課程を修了した後、ボストン大学に進み、宇宙物理学センターのルーク・ムーアと共同研究を行いました。 ムーアは、環が失う水の量を、毎秒952〜6,327ポンド（約1,000〜2,000kg）であることを突き止めたのである。 その範囲の中央は、30分ごとにオリンピックサイズのプールを満たすのに十分である。

2017年に、オドノヒューはゴダードで働くためにメリーランド州に移り、ちょうどカッシーニ探査機が土星の環から離れる物質の最初の直接測定を行った頃であった。 カッシーニには宇宙塵分析器が搭載されており、土星の輪と大気の間の領域で水の氷を検出した。 土星と最も内側のリング（Dリング）の間の幅1,200マイルのギャップを22回潜るという壮大なグランドフィナーレで、探査機が時速75,000マイル以上でリングの中を飛びながら、宇宙塵分析器は機器と接触した粒子の組成、速度、サイズ、方向を検出しました。 カッシーニの宇宙塵分析装置のメンバーであるHsiang-Wen Hsu氏は、リングから出る水の量がO’DonoghueとMooreの数値とよく一致することを発見しました。

土星のすぐ隣の木星、天王星、海王星にも環がありますが、直径、質量、明るさにおいて土星を凌駕しています。 「なぜ土星には巨大な環があり、他の巨大惑星にはないのか、私たちにはよくわかりません」とムーア氏は言う。 実際、現在巨大な環を持たない他の外惑星は、大昔に環を持っていたが、やがて失ったのではないか、と研究者は考えている。 このような惑星の進化に関する全く新しい考え方は、オドナヒューの発見がもたらすより壮大な影響のひとつに過ぎない。 もうひとつは、地球以外の太陽系で最も魅力的な存在である土星の環が、1000万年前のものである可能性があるということである。 猿と人間の最も初期の共通祖先が現代の望遠鏡で夜空を見ることができたなら、彼らは土星の周りのリングを見なかったかもしれません。

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2018年12月17日、NASAはカッシーニのデータを取り入れたオドノヒューとムーアの新しい論文についてのプレスリリースを発表しました。 30分ごとにプール1杯分の物質がリングから出ていることから、O’DonoghueとMooreは、リングが約3億年（give or take）で無くなる可能性があると推定しました。 さらに悪いことに、カッシーニ・オービターは、環の物質が惑星の赤道でさらに速く、直線的に、1秒間に22,000ポンド以上の割合で大気中に流れ出ていることも発見した。 これは高い見積もりですが、もしこれが絶え間ない枯渇であれば、リングの雨の見積もりと赤道上の流出を合わせると、リングの寿命は1億年未満となります。 その数日後、彼はYouTubeで、土星の輪状の雨を宇宙人、核兵器、地球温暖化、ケムトレイル、ロスチャイルド家と関連付ける、すでに何千回も再生されているビデオを見た、とオドノフ氏は言った。 わあ、すごい！」。 これは急速にエスカレートした」とO’Donoghueは言った。 「タイム誌は「手遅れになる前に土星をよく見よ」と生意気にも警告しています。 彼は、他の惑星を研究することは、地球上では簡単に観察できない自然の法則を学ぶのに最適な方法だと指摘しています。 「惑星は宇宙の実験室のようなものです。 “他の場所で起こっている極端な相互作用を理解することで、この惑星での物理学を確認することができます。” 惑星天文学の最も象徴的な要素が消えつつあることに今まで気付かなかったとしたら、惑星について他に何を知らないというのでしょう？

さらに、磁場の理解を深めることで実用的な発見があるかもしれません。おそらく、磁気共鳴画像法をはるかに超えるヘルスケア画像処理の新しい進歩や、スマートフォンやソーラーパネル規模の開発などです。 「磁場は巨大な情報の格子なのです。 「8723>

それでも、実用的な発見とは関係のない理由で、人類が土星に魅了されていることを否定するのは難しい。 宇宙塵分析チームの Hsiang-Wen Hsu 氏は、「私は、土星の環は太陽系で見ることのできる最も素晴らしい構造の1つであると主張します」と述べました。 「ちょうどピラミッドを見つけた時のように、それはとても壮大で壮観なものに見えるのです。 誰がどのように作ったのか、なぜ作ったのか、知りたくなるのです。 土星の輪も同じです」

今年の初め、オドノヒューは妻のジョーディンと共に東京に移り、宇宙航空研究開発機構でのフェローシップを開始することができました。 余暇には天文学のアニメーションを制作し、YouTubeで200万回以上再生されている。 惑星の傾きや自転の様子、太陽から惑星までの光線の時間など、さまざまな天文動画を制作している。 1本のアニメーションは5時間半に及ぶ。 オドノフさんにとって、「すごい！ 科学だ！」という感覚を刺激するだけでも意味がある。 「人類は常に探検家であったと思います。 「たとえ娯楽であったとしても、それは価値のあることなのです」。