5分でわかる木星の衛星
木星の衛星は、これまでに90個を超えるものが確認されています。その中心が、ガリレオ・ガリレイが1610年1月に見つけたイオ、エウロパ、ガニメデ、カリストの4つで、ガリレオ衛星と呼ばれます。小さな太陽系のように、それぞれがまったく違う顔を持っています。イオは知られている中で最も火山活動が激しい天体、エウロパは氷の下に塩水の海を隠している衛星、ガニメデは太陽系で最大の衛星、カリストは古いクレーターだらけの氷と岩の世界です。
4つとも、木星の強い放射線帯の中を回っています。探査機にとって最も過酷な環境のひとつです。また、地球と木星のあいだを電波が進むには、およそ33分から54分かかります。さらに、いちばん内側のイオは、木星が出す電波バーストにも深く関わっています。このページでは、この順に説明します。木星の衛星は、ガリレオの望遠鏡の時代から作家の想像力をかき立ててきました。そのため、SFの歴史の一部としても読めるようにしています。
ガリレオ衛星：イオ・エウロパ・ガニメデ・カリスト
1610年1月7日から13日にかけての夜、ガリレオは木星のそばに小さな光の点を見つけました。その位置は夜ごとに変わっていました。これは別の惑星のまわりを回る衛星で、すべてが地球を中心に回っているわけではないことの強い証拠になりました。ドイツの天文学者シモン・マリウスもほぼ同じ時期に観測したと主張しており、現在使われている名前は彼の提案によるものです。安定して構えられる双眼鏡があれば、今でも木星の横に並ぶ小さな点として見ることができます。
イオ
イオの直径は約3,643kmで、地球の月より少し大きい天体です。約1.77日で木星を1周します。木星の重力に加えて、エウロパとガニメデにも引っ張られるため、内部はいつも押されたり伸ばされたりしています。その摩擦で内部が熱くなり、400を超える活火山が活動しています。ロキ・パテラのような巨大な溶岩湖もあります。1979年3月にボイジャー1号が噴煙を撮影し、地球以外で活動中の火山が見つかった最初の例になりました。
エウロパ
エウロパの直径は約3,122kmで、月より少し小さく、表面は水の氷でおおわれています。探査機ガリレオの磁場の観測から、氷の下に塩水の海があると考えられています。水の量は、地球のすべての海を合わせたものの2倍ほどという見積もりもあります。ただし、この海を直接見た人はまだいません。生命が存在できる場所を探すうえで、エウロパが最有力の目標のひとつとされているのは、この海があるためです。
ガニメデ
ガニメデの直径は約5,268kmで、太陽系で最大の衛星です。惑星の水星（直径約4,879km）よりも大きいのですが、氷と岩でできているため、質量は水星の約45％しかありません。自分で磁場を作っていることが確かめられている唯一の衛星でもあり、地下には塩水の海があるという証拠も見つかっています。2021年6月7日には探査機ジュノーが約1,000kmまで近づきました。ガニメデへの接近観測は、20年以上ぶりでした。
カリスト
カリストは直径約4,821kmで、4つのうち最も外側を回ります。木星からの距離は約188万kmで、約16.7日で1周します。表面は太陽系でも特にクレーターが多く、何十億年ものあいだほとんど姿を変えていません。放射線の強い領域より外側にあるため、有人基地を置くなら最も安全な場所として、研究でも小説でもよく選ばれます。深い海があるかもしれませんが、エウロパやガニメデに比べると証拠は弱いのが現状です。
内側の3つの衛星は、ラプラス共鳴と呼ばれるリズムで結ばれています。ガニメデが1周するあいだに、エウロパは2周、イオは4周します。この関係のおかげで軌道が少しゆがみ、イオの火山活動やエウロパの内部の熱を支えています。カリストはこの共鳴には加わっていません。
木星の放射線帯
木星は、惑星の中で最も強い磁場を持っています。この磁場が電子やイオンをとらえ、非常に高いエネルギーまで加速して、地球のヴァン・アレン帯よりずっと強い放射線帯を作ります。そこに材料を送り込んでいるのがイオです。イオの火山は1秒あたり約1トンの物質を放出していて、その一部が電離して磁場にとらえられます。この放射線帯を初めて測ったのは、1973年12月のパイオニア10号です。
木星に近い衛星ほど、浴びる放射線の量は多くなります。エウロパの表面では、1日あたり数シーベルトと見積もられていて、人間には1日で危険な量です。イオはそれ以上で、ガニメデはずっと少なく、カリストではごくわずかです。探査機は設計で対策します。ジュノーは、いちばん壊れやすい電子機器を、壁の厚さ約1cm、重さ約200kgのチタン製の金庫のような容器に収めています。エウロパ・クリッパーはエウロパを周回せず、50回近い接近飛行を行い、それ以外の時間は放射線の弱い外側で過ごします。
地球から木星まで光が届く時間
電波は光と同じ速さで進みます。秒速は約29万9,792kmです。木星は、地球と木星の位置しだいで、地球から約5億8,800万kmから約9億6,800万kmのあいだにあります。この距離を光の速さで割ると、片道は最も近いときで約33分、最も遠いときで約54分です。平均的な距離（約5.2天文単位）なら約43分です。質問を送って答えが返るまでには、往復でおよそ65分から108分かかります。
そのため、木星探査機をラジコンのように操縦することはできません。技術者は何時間も何日も前に命令を送り、探査機はそれを自分で実行します。じつは、光の速さが有限であることを最初に示したのも、木星の衛星でした。1676年、デンマークの天文学者オーレ・レーマーは、地球が木星から遠いときほど、イオが木星の影に入る時刻が予想より遅れることに気づきました。彼の計算値は大ざっぱでしたが、考え方は正しいものでした。
イオと木星の電波バースト
1955年、アメリカの電波天文学者バーナード・バークとケネス・フランクリンが、約22MHzの奇妙な雑音のバーストを受信し、それが木星から来ていることを突き止めました。この電波は、波長が約10メートルなので、デカメートル波と呼ばれます。1964年には、エドワード・ビッグが、このバーストの出方がイオの軌道上の位置に左右されることを示しました。
理由は、イオが木星の磁場の中を動くとき、発電機のようにはたらくからです。イオは、磁力線に沿って木星の極域へ向かう数百万アンペアの電流を生みます。そこで電子が電波を出し、その電波はビーム状に広がって、灯台の光のように地球を横切ります。20MHz付近に合わせた簡単なアンテナがあれば、アマチュアでもこのバーストを聞くことができます。NASAのRadio JOVEというプロジェクトは、学生がそれを体験できるように支援しています。
科学的にはどうなのか：ジュノーとこれから
はっきりしていることは多くあります。4つの衛星の大きさと軌道、イオの火山、ガニメデの磁場は、実際に測定されています。エウロパの地下の海は有力な説ですが、直接見たわけではありません。どの衛星でも、生命がいるというのは推測の段階です。生命の兆候はまだ見つかっていません。
探査機ガリレオは1995年12月に木星に到着し、2003年9月に、エウロパを汚染しないよう、あえて木星の大気に突入させて任務を終えました。ジュノーは2011年8月に打ち上げられ、2016年7月に木星の周回軌道に入りました。もともとは木星そのものを調べる探査機ですが、延長ミッションで、2021年にガニメデ、2022年9月にエウロパ、2023年12月と2024年2月にイオの近くを通過しました。エウロパ・クリッパーは2024年10月14日に打ち上げられ、2030年4月に木星に着く予定です。欧州宇宙機関のJUICE（ジュース）は2023年4月に打ち上げられ、2031年7月の到着を目指して、ガニメデ、エウロパ、カリストを調べます。
SF作品での登場例
アーサー・C・クラークの『2001年宇宙の旅』（2001: A Space Odyssey）では、旅は太陽系の外側の惑星へ向かい、映画版では舞台が木星になっています。続編の『2010年宇宙の旅』（1982年）では、エウロパが物語の中心になり、氷の下の生命が描かれます。※ここから、この続編の展開に触れます。この作品では、木星が小さな恒星になります。ジェイムズ・S・A・コーリイの小説シリーズ『The Expanse』では、ガニメデは外惑星の人々を養う農業の星として登場し、政治的にも重要な場所になっています。
よくある誤解
- 「木星の衛星は4つ」：大きな衛星が4つあるだけで、確認されている衛星は全部で90個を超えます。残りの多くは直径が数kmほどの小さな天体です。
- 「木星はあと少しで恒星になれた」：水素の核融合を起こすには、今の約80倍の質量が必要です。『2010年宇宙の旅』の恒星化は、小説の中の話です。
- 「エウロパには生命でいっぱいの海がある」：海がある可能性は高いのですが、生命がいるかどうかは、まだ分かっていません。
- 「ガニメデは惑星より大きい」：水星より直径は大きいものの、質量はずっと小さく、木星のまわりを回っているので衛星です。
あわせて読みたい
- イオ：火山の衛星をくわしく紹介します。
- エウロパ：氷の殻、地下の海、クリッパー計画を扱います。
- ガニメデ：最大の衛星と、その磁場について書いています。
- カリスト：古いクレーターだらけの外側の衛星です。
- 『2001年宇宙の旅』：外惑星への旅を描いたクラークの小説です。
