月に加えて。 4つの巨大惑星はすべて環を持ち、それぞれの環系は惑星の近くを回る何十億もの小さな粒子、つまり「月子」で構成されている。 これらのリングはそれぞれ、リング粒子と大きな月との相互作用に関連した複雑な構造を示している。 しかし、表1に示すように、4つの環系は質量、構造、組成において互いに大きく異なっている。 環状星系の性質

惑星 外半径（km） 質量（kg） 反射率（%） 木星 128.1,000 1.8 1010(?) ? 土星

140000

2.3 1019 60 Uranus 51,000

2.2

1014 5 Neptune 63,000 2.2.25 1012 5

土星の大きな環系は、氷の粒子が細かい構造を多く含む広大で平たい環をいくつも広げてできています。 一方、天王星と海王星の環系は土星とほぼ逆で、暗い粒子がいくつかの狭い環に閉じ込められ、その間には広い空隙がある。 木星の環と土星の環の少なくとも一つは、小さな衛星から侵食された塵の粒が常に更新されている、一過性の塵の帯に過ぎないのである。

何が環を作るのか

環は膨大な数の粒子の集まりで、それぞれがケプラーの法則に従って惑星の周りを回っている小さな月のようなものです。 そのため、内側の粒子は外側の粒子より速く回転し、リング全体は固体として回転しません。 実際、リングが回転しているとはまったく考えず、個々の月球儀の公転（または軌道上の運動）を考えた方がよい。

リングの粒子の間隔が広ければ、別々の月球儀のように独立して動くだろう。 しかし、土星や天王星の主環では、粒子が十分に接近しているので、相互に重力の影響を及ぼし、時には低速の衝突でこすれ合ったり、跳ね返されたりすることもあります。

このような環がどのようにしてできたかについては、2つの基本的な考え方があります。 1つ目は、環が砕けた月の残骸であるとする破局仮説です。 通過する彗星や小惑星が月に衝突し、月を粉々にしたのでしょう。 そして、潮汐力によってその破片が引き離され、円盤状に分散したのだという。 もう1つの説は、その逆の考え方で、そもそも月が形成されるまでにまとまりきれなかった粒子が、環を形成しているとするものです。 図1参照）惑星の近くでは、潮汐力によって天体が引き離されたり、緩い粒子が集まるのを阻害されたりすることがある。 しかし、多くの科学者が、少なくともいくつかの環は比較的若いので、分裂の結果であるに違いないと結論づけています。 この図は、4つの巨大惑星の環系の位置を示している。 左軸は惑星の表面を表している。 縦の点線は重力によって月が分解される限界である（各惑星の系は異なる縮尺で描かれているので、この安定限界は4つとも並んでいる）。 黒い点は、各惑星の環と同じ縮尺で描かれた内側の月である。

土星の輪

土星の輪は、太陽系で最も美しい光景の一つである（図2）。 外から内へ、最も明るい3つの環には、A環、B環、C環という極めてロマンチックでない名前がつけられている。 表2は、環の寸法をキロメートル単位と土星の半径（RSaturn）の単位で示したものである。 B リングは最も明るく、粒子が密に詰まっており、A リングと C リングは半透明である。

B リングの総質量は、おそらくリングシステム全体の質量に近く、直径 250km の氷の月とほぼ等しい（このことは、リングがそのような月の分解で発生した可能性を示唆している）。 A環とB環の間には、1675年に望遠鏡で初めて見たジャン・ドメニコ・カッシーニにちなんでカッシーニ部と呼ばれる広い隙間があり、惑星科学者は土星系を探査するカッシーニ宇宙船にもこの名前をつけた。

2…（単位：百万分の2） 外縁（K）

土星環の特徴

表2. 土星の環の特徴
環名	外縁（RSaturn）	幅（km）
F	幅（K）
外縁（K）外縁（K324	140,180	90
A	2.267	136,780	14,600
Cassini Division	2.025	122,170	4590
B	1.1.949	117,580	25,580
C	1.525	92,000	17,490

土星の環はとても広く、とても薄いのです。 主環の幅は7万キロメートルもあるのに、その厚さは平均で20メートルしかない。 もし紙で環の縮尺模型を作るとしたら、1キロメートルの大きさにしなければならない。 この大きさでは、土星は80階建てのビルの高さに匹敵する。 リングの粒子は主に水の氷でできており、砂粒のようなものから、家のような大きさの巨石までさまざまです。 リングの内部から見ると、おそらく雪片や雹が浮遊する明るい雲のようであり、雪玉や大きな物体がいくつかあるが、その多くは小さな粒子のゆるい集合体である(図3)。 環の大部分は大きさの異なる水の氷のかけらでできていることに注意。 カッシーニ探査機はミッションの最後に、土星の輪の隙間の一つを切り開く予定だが、ここまで近づくことはないだろう。 (credit: modification of work by NASA/JPL/University of Colorado)

土星には、広いA、B、Cリングに加えて、幅100キロメートルにも満たない非常に狭いリングがいくつかある。 その中でもA環のすぐ外側にあるものはF環と呼ばれ、その驚くべき姿については後述します。 一般に、土星の細い環は天王星や海王星の環に似ている。

また、土星の小さな氷の衛星エンケラドスに付随するE環と呼ばれる非常にかすかで弱い環がある。 Eリングの粒子は非常に小さく、水の氷で構成されています。 このような氷の結晶の雲は消滅しやすいので、Eリングが存在し続けることは、エンケラドスから継続的に補給を受けていることを強く示唆している。 この氷の月は直径500kmと非常に小さいが、ボイジャーが撮影した画像では表面の約半分のクレーターが消えており、過去数百万年の間に地質活動があったことがわかる。 カッシーニの科学者たちは、2005年からエンケラドスに何度も接近できるように探査機の軌道を操作し、大きな期待をもって臨みました。 高解像度の画像は、南極付近の滑らかな地面の長く暗い縞模様を示し、それはすぐに「タイガーストライプ」と呼ばれるようになりました（図4）。 赤外線観測により、この虎の縞模様は周囲より暖かいことが明らかになりました。 そして何より、虎縞の上にある何十もの低温火山噴出孔が、塩分を含んだ水と氷の間欠泉を噴出しているのが確認されたのです (図5)。 推定では、毎秒200キログラムの物質が宇宙空間に噴出しているようです。これは多量ではありませんが、探査機がサンプルを採取するのには十分です。 (a) この画像は、土星の月の滑らかな地形とクレーター状の地形の両方を示しており、また南極地域（画像の下部）には「虎の縞模様」が見られます。 この黒い縞模様（ここでは誇張して表示）は温度が上昇しており、エンケラドスで発見された多くの間欠泉の源となっている。 長さ約130キロメートル、間隔約40キロメートルです。 (b)エンケラドスが直径約500kmの小さな月であることを強調するために、イギリスや西ヨーロッパの海岸と縮尺を合わせて示している。 (クレジット a, b: NASA/JPL/Space Science Instituteによる作業の改変)

カッシーニがプルームの中に飛ぶように指示され、その成分を測定したところ、彗星から放出された物質と似ていることがわかりました（彗星と小惑星：太陽系のゴミを参照してください）。 水蒸気と氷の噴煙はほとんどが水で、微量の窒素、アンモニア、メタン、その他の炭化水素が含まれていました。 間欠泉で微量に見つかった鉱物には普通の塩が含まれており、間欠泉のプルームは塩水の高圧噴射であることを意味している。

エンケラドスのバルク特性と進行中の間欠泉の継続的な研究に基づいて、2015年にカッシーニのミッションの科学者は間欠泉を供給する水の地下の海を暫定的に特定しました。 これらの発見は、その小さなサイズにもかかわらず、エンケラドスが生命の可能性を探るために探索したい世界のリストに加えられるべきであることを示唆した。

Rings of Uranus and Neptune

天王星の環は細くて黒いので、地球からはほとんど見えません。 1977年、天王星が星の前を通過するときの観測から、9つの主環が発見されました。 このように、ある天体が別の天体の前を通過することを「掩蔽（えんぺい）」と呼びます。 1977年の掩蔽では、惑星が星を横切ると、星の光が消えることが予想されました。 しかし、天王星と望遠鏡の間を細いリングが通過するとき、天王星が到達する前に何度も星が一瞬暗くなったのです。 このように、リングは直接見たり撮影したりすることはできないが、まるで夜の列車が前を通過するたびに点滅するライトを見て車両の数を数えるように、詳細にマッピングされたのである。 1986年に天王星に接近したボイジャーは、環を至近距離から観察し、新たに2つの環を撮影しました(図6)

天王星の環のうち最も外側で巨大なものは「エプシロン環」と呼ばれています。 幅は約100kmで、厚さはおそらく100mもない（土星のFリングに似ている）。 イプシロン環は天王星の半径の約2倍、51,000kmの距離で天王星を取り囲んでいる。 このリングは、おそらく天王星の他の10のリングをすべて合わせたのと同じくらいの質量を含んでいます。そのほとんどは幅10キロメートル以下の細いリボン状で、ちょうど土星の広いリングの逆です。

ウラン環の個々の粒子は、ほぼ石炭の塊のように黒い。 この物質の詳しい組成はわかっていませんが、炭素と炭化水素の化合物が大部分を占めているようです。 この種の有機物質は、太陽系外縁部ではむしろ一般的である。

小惑星や彗星の多くも、暗いタール状の物質で構成されている。 天王星の場合、その内側の10個の小さな月が同じような組成を持っているので、一つかそれ以上の月が分裂して環を作ったかもしれない。

海王星の環は概して天王星の環と似ているが、さらに希薄である（図7）。

これらの環は地球から調べるのが難しいので、私たちがよく理解できるようになるには、おそらく長い時間がかかるでしょう。 環や月との相互作用についての情報が満載で、例えばプレスリリースされた土星環系の画像を見てみてください。 また、Showalter氏は土星の環と月のシステムについて、楽しい図解入りの講演をしています。 惑星の環の解像度

土星の環による星の掩蔽を利用して、天文学者は環構造の詳細を10kmの分解能で測定することができた。 これは、従来の環の写真で得られる解像度よりもはるかに高い。