kPa水素>81%ヘリウム>17%メタン0.1%水蒸気0.1%アンモニア0.02%エタン0.0002%ホスフィン0.0001%硫化水素<0.0001%■Template木星(もくせい)は太陽系にある惑星の1つで、内側から5番目の公転軌道を周回している第5惑星である[2]。太陽系の中で大きさ、質量ともに最大の惑星である[7]。木星およびそれと同様のガスを主成分とする惑星(ガス惑星)である土星のことを木星型惑星(巨大ガス惑星)と呼ぶ[8][7]。天王星、海王星も木星型惑星に含まれていたが、現在ではこれらの二惑星は天王星型惑星(巨大氷惑星)に分類されている[7]。木星は古代から知られ観測されてきた。多くの文明で神話や信仰の対象となった。古代ローマ神話の神ユーピテルを語源とする[2][9]。離れたところを周回している[10]直径10cmの球となる。周期は11.86年であり、これは土星の2/5に相当する。したがって、太陽系にある2つの巨大な木星型惑星は、その周期が軌道共鳴5:2の関係にある[11]。木星の赤道傾斜角は非常に小さく3.13度しか傾いていない。この結果、惑星上には有意な季節変化がほとんどないと考えられる[12]。膨らんだ楕円球の状態にある[13][14]。視認できる惑星表面が固体ではない木星では、上層大気の差動回転が確認される。極域の大気は、赤道部分の大気よりも回転時間が5分長い。木星の自転は、大気の動きなどに則した3つの系(システム)に分けて説明される。システムIは赤道を挟んだ南北10度の領域で、最も速く9時間50分30秒で一周する。システムIIはIを挟む南北部分の中緯度に当る領域で、周回時間は9時間55分40.6秒である。システムIIIは電波天文学によって定義される惑星磁気圏の回転を指し9時間55分29.37秒で一周し、固体核の自転周期と同値と考えられシステムIIIが木星の公式な自転とみなされている[15][16]。comparison.jpg地球と木星の大きさ比較。大赤斑は地球のおよそ2~3個分の大きさである。Sun-Jupiter-Earth-Moon.jpg直径は、太陽の1/10で地球の10倍ほど。大赤斑は地球規模の大きさ。太陽系の中で、木星は太陽に次ぐ重力中心であるが、半径比は7%に過ぎない[17]。それでも、その質量は太陽系の木星以外の惑星全てを合わせたものの2[2]–2.5倍ほどに相当する。そのため、太陽系全体の重心は太陽の内部にはなく、太陽半径の1.068倍の位置に相当する太陽表面付近にある。地球との比較では質量は318倍、直径は11倍、体積は1,321倍ほどある[5][18]。半径は太陽の1/10に等しく[19]、質量は1/1000である。密度は両者でほとんど差はない[20]。表され、太陽系外惑星や褐色矮星などの天体質量を表示する単位にも用いられる。理論モデルによれば、もし木星質量が現在の質量よりもある程度大きかったならば、木星は増大した重力によって現在の大きさよりも逆に縮んでいたと考えられる[22]。少々の差異では半径に影響を及ぼさないが、地球質量の500倍、木星質量の1.6倍程度重かったとすると[22]、重力の増大によって木星内部の密度が高まり、構成物質の増加に反して体積が小さくなると考えられる。質量増加によってかえって半径が収縮する傾向は、木星の50倍程度重い褐色矮星の領域まで続くと考えられている[23]。木星が恒星として輝くには、水素を中心として現在の75–80倍[24]程度の質量がなければならないが、半径で30%程度大きければ赤色矮星にはなり得たという[25][26]。木星が現在の軌道のまま赤色矮星になっていたとしても、地球にほとんど影響はないと考えられている[27]。木星は、太陽輻射で受ける熱よりも多い熱量を放射している。この差は木星内部で生成される熱によるものであり、太陽から受けるエネルギー量に匹敵する[28]。逆に、誕生時の木星は現在よりも2倍程度の大きさがあったと考えられる[30]。interior.png木星内部構造のイラスト。岩石質のコアを厚い金属水素の層が覆う木星の内部構造は、中心に様々な元素が混合した高密度の中心核があり、そのまわりを液状の金属水素と若干のヘリウム混合体が覆い、その外部を分子状の水素を中心とした層が取り囲んでいるものと考えられる[29]。この構造ははっきりと分かっていない。中心核はケイ素など岩石質ではないかと想像されているが、その構造は温度・圧力の状態と同じく分かっていない。1997年に重力測定から予測された[29]中心核の規模は様々に言われるが、地球の10–45倍の大きさを持ち、木星全体の3%–15%程度の質量を占めると考えられる[28][31]。仮に木星成分が太陽と同じならば、岩石質の中心核は地球の5倍程度になるが、密度から計算するとその大きさは15倍程度となる。これは、巨大ガス惑星といえど太陽系の元素組成よりも水素やヘリウムが少ないことを示す[32]。この中心核は、惑星形成モデルから予測される原始太陽系星雲からの水素やヘリウムの集積が行われた際、同様に岩石や水の氷も木星の初期形成時に集まったと考えられる。この核が予測どおり存在するとすれば、それは液体状の金属水素が起こす対流の中に混ざり込んだ物質が惑星内の深層部分に集まって形成されたことになる。この中心核は、現在では固まっていると思われるが、活動している可能性を完全に除外できる程の観測結果は得られていない[29][33]。中心核の周囲には、微量のヘリウムや水の氷を含む厚い水素の層が広がっている[2]と考えられ、それは木星半径の78%に相当する[28]。厚さで覆っている[34]。上回っている[35]ため、水素は液相と気相を区分する境界が存在しない超臨界液体状態にあると考えられる。下がると雲状の層となる[28]。層の下部では液状になっている。これらに明らかな境界は存在しないが、深くなるにつれ徐々に熱を持ち濃度も高くなってゆく[36][13]。木星の内部モデルは確立されておらず、これまで観測された諸元値にはばらつきがある。1つが惑星の慣性モーメントから赤道半径、1気圧下での温度を説明するために用いられていた。2011年に打ち上げられ、2016年に木星に到着した探査機ジュノーでは、これらの値を絞り込む役割があり、その結果から中心核についての課題解決が進むことが期待されている[37]。木星の赤道傾斜角は、3.08°–3.12°と水星に次いで小さく、自転軸がほぼ垂直である。このため、地球などに見られるような、気象現象の季節変化はあまりないと推測されている。ところが、木星表面の温度は極部分と赤道部分でほとんど差がない[38]。このようなことから、木星は内部から熱を発していると考えられる[38]。太陽から受ける熱量の2倍に相当する熱量の熱源は、水素より重いヘリウムが中心に沈む際に生じる重力エネルギーではないかと考えられている[38][39]。木星内部の温度と圧力は、内部に向かうほどにどちらも高くなる。至ると見積もられている[28]。quality.ogvボイジャー一号が撮影した木星大気の帯と大赤斑の動きを捉えた画像(フルサイズ画像)"「木星の大気」"木星の上層大気は、ガス分子構成比で88%–92%の水素と8%–12%のヘリウムガスが占める。元素単位でヘリウムは約4倍重いため、重量比では水素75%、ヘリウム24%、他が1%である。内部は含まれる重い元素の比率が高まり、全体の重量比では水素約71%、ヘリウム約24%、他が5%となる。大気にはわずかなメタン、水蒸気、アンモニア、珪素化合物も含まれる。観測からエタン、硫化水素、ネオン、酸素、硫黄も確認された。大気最外層には凍ったアンモニアの結晶が漂っている[40][41]。赤外線や紫外線測定から、微量のベンゼンや他の炭化水素の存在も確認された[42]。大気における水素とヘリウムの存在比は、原始太陽系星雲の理論的構成に近い。ネオンは5万分の1と太陽が含む量の約1/10程度しかない[43]。ヘリウムの比率も太陽の80%程度と少ない。この大気上層におけるヘリウムやネオン比率の少なさから、これらの元素が降水のように金属水素の層へ沈殿し、惑星内部に沈みこんだ結果という説がある[44][45]。わたる大気層を持つ[46][47]。木星には固体の表面が存在しないため、惑星の領域は、大気が10気圧または地球表面の10倍に相当する大気圧の部分からと考える[46]。10fps.ogv木星の雲の帯が動く様子。木星は常時雲に覆われており、可視光で観測される表面は固体の地面ではなく雲の表層である[34]。この雲はアンモニアの結晶や、可能性としてアンモニア水硫化物で作られたものと考えられる。これらの雲は対流圏界面に浮かんでおり、特に赤道域に相当する部分では緯度ごとに異なる流れを起こしていることが知られている。(belts)」に分けられることもあり、それぞれの部分にある物質が太陽光を反射する具合でこのように見える[48]。これらの部分は赤道と平行に、東向きと西向きに交互に流れており、間に働く相互作用は複雑な大気循環を引き起こして嵐の渦や乱流などの現象を発生させる[48]。このゾーンやベルトは幅や色また風速などを毎年変化させるが、観測者の眼には識別し名称をつけるに充分な識別が可能なほど、その個別特徴を保つ[18]。それは少なくとも、低部の厚い層と高所の薄く目立つ層の2構造を持っている。アンモニアの雲の下には薄い水の雲が存在すると予想される。木星の雲の中では稲妻の光が見つかったが、これには極性分子である水が引き起こす電離作用が必要である[28]。水の雲は惑星内部から供給される熱を受けて、雷のエネルギーを蓄積する[50]。この放電現象は地球の稲妻の1,000倍にも相当する大規模なものである[51]。木星表面に見られる雲のオレンジ色や茶色は、内部から湧き上がった化合物が太陽の紫外線によって変質し色を変えたものである。成分だと考えられている[28][52]。して知られるこれら多彩な化合物は、比較的暖かい雲の下層で混合される。湧き上がりによって、上層を覆うアンモニア結晶の雲の上に昇ってくることで、色を持つ層が表面に形成される[53]。木星は赤道傾斜角が小さいため、両極部分は赤道部分に比べて常に太陽光をあまり受けない状態が続く。そのために熱量を極に向かわせる対流があると考えられるが、それはあくまでも惑星内部で起こっており、観測できる雲の層では温度は釣り合っている[18]。1.jpgボイジャー1号が1979年2月25日に、920万キロメートルの距離から撮影した木星大赤斑とその周辺。程度の雲も識別できる。左側に見られる多彩な波状の雲がつくるパターンの部分は、波動が複雑に変化している領域である。大赤斑の直下にある白い楕円形の嵐の大きさがほぼ地球に等しく、ここから被写体のスケールを判断できる木星を特徴づけるものに、赤道から南に22度の表面に確認できる大赤斑がある[48]。周囲の温度が2度程度低いことからこれは高気圧性の嵐と考えられる[54]。この大赤斑は地球からも口径12cm以上の望遠鏡があれば視認することが出来[55]、少なくとも1831年には確認され[56]、さらに遡る1665年には存在したと考えられる[57]。計算では、この赤斑を作る嵐は安定しており、今後も惑星が存在する限り消えないとも言われ[58]、これほど長期間にわたって維持されるメカニズムは解明していない[2]。過去には地殻の突起部分が影響しているとか、ソリトンではないかという説もあったが、現在では巨大な台風と考える説が最も無理が少ない[54]。この楕円形の大赤斑の寸法は、長径2.4–4万キロメートル、短径1.2–1.4万キロメートルであり、地球2–3個がすっぽり納まる[59]。盛り上がっている箇所は周囲よりも8km程度高い[2][60]。反時計回りに回転しており、6日間かけて1周する[61]。2000年、南半球上に小さいながら大赤斑と同じものと見られる特徴的な大気現象が現れた。これは、もっと小さく白い楕円形をした複数の嵐が合体し1つとなったことで形成されたもので、これら小規模な現象のうち三つは1938年には存在が確認されていた。この斑はオーバルBAと命名され、また赤斑ジュニアのあだ名がついた。木星の磁場の強さは地球磁場の14倍に相当する。磁力は赤道部分で4.2ガウス、極部分で10–14ガウスという太陽黒点を除けば太陽系最大の磁力を持ち[53]、地球磁場の約2万倍に相当する[65]。磁極は自転軸とややずれており、極性は地球と逆になっている[65]。ファイル:Jupiter.Aurora.HST.UV.jpg木星のオーロラ。三つの点は三つの衛星と繋がる量子化磁束(フラクソン)がつくるオーロラであり、左側がイオ、下部のふたつがガニメデとエウロパによってもたらされたものである。ほとんどの明るい楕円は「メインオーバル」と呼ばれ、その他にもほのかなオーロラの光も見られるこの磁場は、金属水素のマントルにおける導電物質の対流活動が引き起こすという説が有力である[65]。木星磁気圏の特徴は、衛星イオが火山活動で軌道上に放出する二酸化硫黄ガスが硫黄や酸素等のイオンとなり、木星から供給される水素イオンともども惑星の赤道上にプラズマ・シート(en)を形成するところにある。このシートは惑星とともに自転する磁気圏に引っ張られて回転し、遠心力によって引き伸ばされた円盤状となる[66]。プラズマ・シートの中では電子が0.6–30.0メガヘルツに達する強い電波バーストを発している[67]。太陽風と磁気圏は、木星半径の75倍に相当する領域で相互作用を起こしバウショックを発生している。なり、木星の磁気圏を覆っている。木星磁気圏を引き伸ばし、その外側は土星の公転軌道にまで達している[2]。4大衛星はどれも磁気圏の中を公転しており、太陽風の吹きつけから護られている[28]。この磁気圏内部は高エネルギー粒子で満たされており、地球のヴァン・アレン帯をさらに厳しくしたような環境にある[2]。木星の磁気圏は磁場が発生する極の部分に激しい現象を起こす。衛星イオの火山活動が磁気圏内に放出するガスは惑星を囲う円環の形に広がる。この中をイオが公転すると、相互作用によってアルヴェーン波が発生し、イオンを木星の極まで運ぶ。その結果、加速されてメーザー発生機構として働き、エネルギーは円錐の表面をなぞるように伝達する。この円錐と交差すると、地球では太陽からの電波よりも高い出力が観測される[68]。この強い磁気のため、木星の極には常時オーロラが生じ、そのエネルギーは地球の1000倍に相当する[69]。木星大気の主成分は水素分子H2であるため、流入する荷電粒子によって電離しH2+イオンとなり、これがH2と反応を起こしH3+とHとなる。このH3+イオンがオーロラを起こす[70]。磁力線が衛星と重なった際に生じるフラックスチューブ(エネルギー束)が極域と繋がった箇所にも点状のオーロラが発生する[70]。木星から発せられた断続的な22.2メガヘルツの電波信号(電波バースト)を検出した[28][71]。この電波を観測した周期は木星の自転と一致しており、ここから逆に木星自転周期の正確な値を割り出すことができた。この電波バーストには数秒程度の長いLバーストと、100分の1秒未満の短いSバーストがあることも判明した[72]。研究によって、木星は3種類の電波を発していると判明した。何十メートルにもなるデカメーター波長の電波バーストがあり、これは木星の自転によって異なり、衛星イオが木星磁気圏に及ぼす影響も受ける[73]。デシメートル波長の電波放射は、1959年にフランク・ドレイクとハイン・フバタムが初めて観測した[28]。起源だと考えられる[74]。木星大気からは熱放射が生じている[28]。2010年には、木星磁場とほぼ一致する領域から強いX線が放射されていることが日本のX線天文衛星すざくの観測で判明した。この現象は、木星周辺の領域で電子が光速近くまで加速されることが主因と考えられる[75]。Jupiter).tif左からイオ、エウロパ、ガニメデ、カリスト。左の方がより木星の近くを公転する衛星2018年7月現在、木星には衛星が79個発見されている[76][77][78]。満たない小さなもので、54個は母星となる木星の自転方向とは反対の公転軌道を持つ逆行衛星であることが確認されている[78]。そのうち、大きな4つの衛星であるイオ、エウロパ、ガニメデ、カリストはガリレオ衛星と呼ばれる[79]。イオ、エウロパ、ガニメデの3個は軌道共鳴状態にある。イオが木星を1周する間にエウロパは約1/2周、ガニメデは約1/4周する。このためこれら3衛星には特定の場所で重力の共鳴作用が起き、そのとき公転軌道は楕円形になる。木星からの潮汐力は衛星の公転軌道を円型にしようと働く[80]。環"「木星の環」"木星には3つの箇所からなる環が存在する[48]。主環(メインリング)、そして外側の薄い環(ゴサマー環)である[81][82]。このうちゴサマー環は内側に1本の輪が入れ子のように存在する[81]。これらの環はアルベドが0.5程度と暗く[2]、土星の環が氷を主成分にするのに対し、塵の比率が高い[28]。主環の材料は主に衛星アドラステアとメティスから放出された物質と考えられる[2]。放出された粒子は通常ならば衛星に戻って行くが、木星の場合は木星からの輻射圧や磁場との相互作用の影響を受けて内側へ引っ張られ落ちて行く[83][81]。その一方で環には衛星から新たに物質が供給されている[84]。このメカニズムはゴサマー環も同様で、衛星テーベとアマルテアが物質供給の役目を担う[84]。他にも、アマルテアの軌道に沿った岩石質の環が存在する証拠もあり、これも衛星から生じた微粒子からなるものと考えられている[85]。太陽系内の天体との相互作用ファイル:InnerSolarSystem-en.png木星軌道上に広がるトロヤ群(緑色)と小惑星帯(白)太陽とともに、木星が及ぼす重力は太陽系に大きな影響を及ぼしてきた。太陽に非常に近い水星を例外に、ほとんどの星の軌道は、太陽の赤道面ではなく木星の軌道平面とほぼ一致している。小惑星の分布についても、カークウッドの空隙は木星によってもたらされ、後期重爆撃期が起こった原因こそが木星の存在とも考えられる[86]。衛星群とともに、木星の重力場は多くの小惑星に影響を与え、公転軌道上のラグランジュ点に集めた。この小惑星の集まりはトロヤ群と呼ばれ、『イーリアス』に登場するトロイア戦争の人物名から多く小惑星の名前が採られている。年にマックス・ヴォルフが見つけた小惑星アキレスに始まり、現在では2,000以上が見つかっている[87]。ほとんどの短周期彗星(軌道長半径が木星のそれを下回るものと定義される)は木星族彗星に属する。木星族彗星は軌道長半径が木星よりも小さい彗星であり、その起源はエッジワース・カイパーベルトだと考えられている。これらは、木星からの摂動によって短周期化と軌道の真円化を引き起こした結果生じると考えられている[88]。1949年に木星の重力圏内に捕獲され、1–2度木星を周回した後、1961年に重力圏から脱出していた可能性が指摘されている。2068年から2986年までの間に捕獲され、木星の周りを6回周回すると見られている[89]。あるため、木星は数多い彗星衝突を引き受け内惑星を保護してきたという考えからつけられた[92]。木星がなければ、地球に衝突する小惑星の数は1000倍、数万年に1回衝突するという[93]。近年のコンピュータ・シミュレーションでは、木星という重力点によって軌道を変えられてしまう彗星があり、内側に入り込む彗星の数を有意に減らさないという結果も発表された[94]。この問題は議論を呼び、様々な意見が示されている[95]。1997年、過去に木星を観察したスケッチ9枚が調査されたが、その中にあるジョヴァンニ・カッシーニが1690年に観測したスケッチに、木星衝突らしき痕跡を描いたものがあった[96]。現代の観測では、1994年7月16日から22日にかけて起こったシューメーカー・レヴィ第9彗星の20個以上の破片が木星の南半球に衝突した出来事が有名である。これは太陽系天体の衝突を直接観測した最初の例となった。この衝突は木星大気の成分分析にかかわる重要なデータを提供した[97][98]。2009年7月19日には、南半球に衝突痕が発見された[99][100]。これは大気表面に残った黒い点で、大きさはオーバルBAにほぼ匹敵した。衝突が起こった場所は、赤外線観測によって南極点に近い大気が暖められていることから判明した[101]。2010年にも小さな衝突(en)が観測された。2010年6月3日にオーストラリアのアマチュア天文学者アントニー・ウェスレィが発見し、後にフィリピンでもアマチュア天文家クリストファー・ゴーが成功したビデオ撮影された画像が発表された[102][103]。2010年8月21日、木星に小天体が衝突した瞬間の閃光を日本のアマチュア天文家立川正之が観測・撮影した[104]。木星への天体の衝突は極めて稀な出来事とされていたが、短期間の内に連続して3件の天体衝突が発生したことから、衝突確率に関する理論を見直す必要があるともいわれている[105]。Jupiter2.jpgユーピテル夜、そして太陽が低い時に地上から視認できた木星は古代から知られていた[106]。古代バビロニアでは、木星は神マルドゥクと同一視されていた。彼らは、木星の黄道に沿う約12年にわたる周期を用いて、黄道十二星座の各星座を定めていた[18][107]。