なぜ土星には環があるのか

重力は、物体の遠い側より近い側に強く働きます。ふつう、この差は小さく、何の影響もありません。でも大きな惑星の近くでは、その差がかけらの集まり自身の重力より強くなり、かけら同士がくっつけなくなります。

この境界はロッシュ限界と呼ばれ、知られている惑星の環のほとんどはその内側にあり、衛星は外側にあります。つまり、役割分担があるのです。境界の外では物質が衛星に集まり、内側ではばらばらのまま残ります。

そもそも物質がどこから来たのかは、別の問題です。主な説は2つあります。惑星の形成時に残った物質か、あるいは衛星や、近づきすぎた大型彗星のように、潮汐力で引き裂かれた天体です。

この比率は、なかなか実感しにくいものです。環をサッカー場の大きさまで縮めたら、その厚さは紙1枚より薄くなります。だから数年に1度、環を真横から見る時期には、環が視界からすっかり消えてしまうのです。

環の主成分は水氷で、ちりの粒から家ほどの大きさの塊まであります。氷は光をよく反射するため、環は明るく見えます。物質の量は宇宙の基準ではごくわずかなのに、環は小さな望遠鏡でも見えるのです。

土星への最新ミッションの観測から、意外なことがわかりました。環の質量は予想より小さく、氷もきれいすぎるのです。もし何十億年も存在していたなら、今ごろはちりで汚れているはずです。そこから、環の年齢は惑星そのものの年齢ではなく、数億年ほどだと見積もられています。

そのうえ、環の物質は少しずつ惑星に降り注いでいます。現在の速度なら、あと1億年ほどは続くと見積もられています。数字には議論があり、今も修正されていますが、全体として興味深い結論が出ています。私たちはたまたま、環のある土星を目にしているのです。