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宇宙への招待(2)太陽系

太陽系は太陽を中心として多くの惑星がその回りを回り、その惑星の回りを
また衛星が回る構造をしています。惑星以外に長円軌道を描き、ほうき状の
しっぽを持つ彗星もあります。

太陽の回りを回る主な惑星とその主な衛星は次の通りです。

　水星 Mercury    0.4
　金星 Venus      0.7
　地球 Earth      1.0 月
　火星 Mars       1.5 フォボス・ダイモス
　木星 Jupiter    5.2 イオ・エウロパ・ガニメデ・カリスト
　土星 Saturn     9.6 タイタン
　天王星 Uranus  19.2 ティタニア・オベロン
　海王星 Neptune 30.1 トリトン
　冥王星 Pluto   39.5 ケーロン

数字は軌道半径です(地球の軌道半径を1とした数字。天文単位という)

木星・土星は多くの衛星を持つと共に輪を持っています。特に土星の輪は
倍率の低い望遠鏡でも容易に見えるため古くから知られていました。輪は
他に天王星・海王星にもあります。

火星より内側の惑星は珪素などの重たい元素をメインにできていて衛星も
少なく、地球型惑星といいます。これに対して木星以遠の惑星は水素など
の軽い元素をメインに出来ていて衛星が多く、木星型惑星といいます。

一般に惑星の軌道は円形という理解がありますが、正確には楕円形です。
（ケプラーの第一法則）その離心率は地球では0.0167と小さいものですが
水星(0.2)や冥王星(0.25)はけっこう大きくなっています。小惑星や彗星
になると0.4や0.5あるものはザラで、すごいのになると0.9くらいある、
とんでもない長円軌道を描くものもあります。

ケプラーの第三法則により惑星の軌道半径の３乗と公転周期の自乗が比例
しますので、遠くにある惑星ほどゆっくり回ります。このため水星は太陽
の回りを88日で回ってしまいますが、冥王星は247.8年かかります。

またケプラーの第二法則により、惑星の公転の速度は常に面速度が一定に
なるような回り方をするので、太陽に近い時は速く、遠いときは遅く回り
ます。地球の場合は毎年1月5日頃に近日点を通過するので、この時期が
最も速く動き、逆に7月頃が最もゆっくり動きます。そのため占星術の星座
の範囲も冬は短め、夏は長めになります。

また惑星の軌道半径に関してはボーデの法則というのが知られています。
これはこの軌道半径の数列が 0.4 + 0.3×2のn乗 で得られるというもの
です(nは水星で-∞,金星で0,地球で1,火星で2,木星で4,土星で5)。その計算
結果は天王星まではかなりいい線いっていますが、海王星では少し外れ、
冥王星では大きく外れています。

このボーデの法則で数字が飛んでいる 3 の所には多数の小惑星が存在して
います。おそらく重力のバランスの関係で惑星が大きく成長できなかった
空間域なのでしょう。

このボーデの法則が太陽系以外の惑星系でも成り立つものなのかどうかは
定かではありません。ただニュートンの万有引力の法則から、これを示唆
する結果が導かれることは事実なので、成り立っている可能性はあると
思われます。