太陽系で最も有名な特徴のひとつは、破壊された衛星の残骸かもしれない
土星の環は視覚的にあまりにも印象的なため、未解決の重要な科学問題でもあることを忘れがちだ。研究者たちは長年にわたり、環がどのように形成されたのかだけでなく、なぜ惑星規模の時間軸で見て比較的若く見えるのかについても議論してきた。第57回月惑星科学会議で発表された新しいモデリング研究は、有力な説明のひとつがなお成立することを示している。すなわち、古代の衛星「クリサリス」というあだ名の天体が土星に近づきすぎ、重力によって引き裂かれた結果、環が生まれた可能性があるというものだ。
この考えが説得力を持つのは、複数の謎を一度に結びつけるからだ。科学者たちは、土星の環はおよそ1億年前に形成されたと見積もっているが、これは土星本体の誕生よりはるかに後だ。この比較的最近の年代は、適切な時間軸で大量の氷成分を生み出せる破壊的な出来事の探索を促してきた。土星の潮汐危険域の内側で衛星が崩壊することは、今なお最もあり得るメカニズムのひとつである。
提供された報告によると、最新の研究は米国と中国の研究者によるもので、一連のコンピューターモデルを用いて、長く提唱されてきたクリサリスシナリオを検証した。チームは衛星を単純な物体として扱うのではなく、かなりの大きさを持ち、層状の内部構造を持つ天体が、土星の近くへ何度も接近する細長い軌道をたどった場合に何が起こるかを調べた。
ロッシュ限界が理論の中心
モデルの中心にあるのはロッシュ限界だ。これは、小さい天体が大きい天体の周囲を、潮汐力によって引き裂かれずに回れる最短距離を指す。正確な境界は小天体の組成や内部構造によって異なるが、基本原理は単純だ。巨大な惑星に近づきすぎると、重力が均一に働かなくなり、天体をまとめておくことができなくなる。
そのため、ロッシュ限界は環形成を説明する自然な枠組みとなる。氷でできた衛星がこの領域に入れば、粉々の破片に引き裂かれる可能性がある。その物質の一部は、新たな衛星に再集合するのではなく、環系として広がるかもしれない。氷が主体の土星の環にとって、その可能性は長く特に魅力的だった。
新しいモデリング研究では、クリサリスを土星の主要衛星のひとつであるイアペトゥスとほぼ同じ大きさ、推定直径1469キロメートルとして設定した。仮想の衛星は分化した天体として扱われ、水の氷と岩石からなる内部層を持ち、組成が一様ではないと仮定された。この違いは重要で、材料の混合比が潮汐応力への応答や、残される破片の性質に影響するからだ。
