太陽系[d]は、太陽とそれを周回する天体から構成されています。[11]太陽系の名称は、太陽のラテン語名であるSōlに由来しています。[12]太陽系は約46億年前、分子雲の高密度領域が崩壊し、太陽と原始惑星系円盤が形成され、そこから太陽が周回する天体が集まりました。太陽核内部で水素がヘリウムに融合することでエネルギーが放出され、主に外殻の光球から放射されます。これにより、太陽系全体に温度勾配が生じます。太陽系の質量の99.86%以上が太陽内部にあります。

太陽の周りを回る最も質量の大きい天体は、8 つの惑星です。距離の順に太陽に最も近いのは、4 つの地球型惑星、すなわち水星、金星、地球、火星です。これらは内側の太陽系の惑星です。地球と火星は、太陽系の惑星の中で、表面に液体の水が存在できる太陽の生命居住可能領域内を周回する唯一の惑星です。約 5天文単位(AU)の霜線を越えたところに、 [e] 2 つのガス巨星、すなわち木星と土星と 2 つの氷巨星、すなわち天王星と海王星があります。これらは外側の太陽系の惑星です。木星と土星は、太陽系の恒星以外の質量のほぼ 90% を占めています。

より低質量の天体は数多く存在する。天文学者の間では、太陽系には少なくとも 9 つの準惑星（ケレス、オルクス、冥王星、ハウメア、クワオアー、マケマケ、ゴンゴン、エリス、セドナ）が存在するという強いコンセンサスがある。[f] 6 つの惑星、7 つの準惑星、およびその他の天体には、一般に「衛星」と呼ばれる軌道を回る天然の衛星があり、その大きさは、最大で地球の月のような準惑星ほどの大きさから、最小ではるかに質量の小さい小衛星まで様々である。太陽系の小天体としては、小惑星、彗星、ケンタウロス族、流星体、惑星間塵の雲などがある。これらの天体の一部は、小惑星帯（火星と木星の軌道の間）とカイパーベルト（海王星の軌道のすぐ外側）にある。[g]

太陽系の天体の間には、塵や粒子からなる惑星間媒体が存在します。太陽系は常に太陽風から流出する荷電粒子に満たされており、太陽圏を形成しています。太陽から70～90 AUのところでは、太陽風は星間物質によって停止し、ヘリオポーズが形成されます。これが星間空間との境界です。さらに遠くのどこかでは、太陽から2,000 AUのところには、太陽系の最外縁部、長周期彗星の発生源とされるオールトの雲が広がっており、太陽系の端、ヒル球の端の178,000–227,000 AU (2.81–3.59 光年) まで伸びています。ここで太陽の重力ポテンシャルは銀河のポテンシャルと等しくなります。[14]太陽系は現在、局部雲と呼ばれる星間物質の雲の中を移動しています。太陽系に最も近い恒星であるプロキシマ・ケンタウリは、269,000 AU (4.25 光年) 離れています。どちらの恒星も、天の川銀河にある比較的狭い幅1,000 光年 (ly) の領域である局部バブル内にあります。

意味

太陽系には、太陽と、太陽の重力によって太陽の周りを回るすべての天体が含まれます。[15] [16] [17]

国際天文学連合は、太陽系を太陽の重力によって束縛されるすべての物体、太陽自体、その8つの惑星、そして太陽を周回する他の天体と説明しています。[11] NASAは、太陽系を太陽と太陽を周回するすべての物体を含む惑星系と説明しています。 [12]

固有名詞として使われず、大文字で書かれていない場合、「太陽系」は太陽系そのもの、または太陽系を連想させる任意のシステムを指す場合がある。[15]

形成と進化

過去

地球や他の太陽系の天体が形成された初期の太陽系の原始惑星円盤の図

太陽系は少なくとも45億6800万年前、巨大な分子雲内の領域の重力崩壊によって形成されました。[b]この初期の分子雲はおそらく数光年の幅があり、おそらく複数の恒星を生み出しました。[19]分子雲によくあることですが、この分子雲は主に水素で構成され、少量のヘリウムと、以前の世代の恒星によって融合された少量のより重い元素を含んでいました。[20]

原始太陽系星雲[20]が収縮するにつれて、角運動量保存則により、星雲はより速く回転するようになった。質量の大部分が集まっていた中心部は、周囲よりもますます高温になった[19] 。収縮する星雲の回転速度が速まるにつれて、星雲は直径およそ1.5ミクロンの原始惑星系円盤へと平坦化し始めた。200 AU [19] [21]の中心には高温高密度の原始星[22] [23]が存在した。この円盤からの集積によって惑星が形成され、 [24]塵とガスが重力で互いに引き合い、合体してさらに大きな天体を形成した。初期の太陽系には数百の原始惑星が存在したと考えられているが、それらは合体するか、破壊されるか、あるいは放出され、惑星、準惑星、そして残った小天体となった。[25] [26]

太陽に近い、霜線内、さらには煤線内の温かい太陽系内部では、[27]金属やケイ酸塩以外の物質は沸点が高いため、固体として存在できませんでした。そこで形成された惑星は主に岩石で、水星、金星、地球、火星です。これらの難溶性物質は太陽系星雲のごく一部を占めるに過ぎなかったため、地球型惑星はそれほど大きく成長できませんでした。[25]

巨大惑星（木星、土星、天王星、海王星）は、火星と木星の軌道の間の、揮発性の氷化合物が固体のままでいられるほど物質が冷えた霜線よりもさらに外側で形成されました。これらの惑星を形成した氷は、地球型の内惑星を形成した金属やケイ酸塩よりも豊富だったため、最も軽く豊富な元素である水素とヘリウムの巨大な大気を捉えられるほど巨大に成長しました。[25]惑星にならなかった残骸は、小惑星帯、カイパーベルト、オールトの雲などの領域に集まりました。[25]

5000万年以内に、原始星の中心部の水素の圧力と密度は、熱核融合反応を開始できるほどに高まりました。[28]ヘリウムが中心核に蓄積するにつれて、太陽​​は明るくなってきています。[29]主系列星の初期段階では、その明るさは現在の70%でした。[30]温度、反応速度、圧力、密度が増加し、ついに静水圧平衡に達しました。つまり、熱圧力が重力と釣り合う状態です。この時点で、太陽は主系列星になりました。[31]太陽からの太陽風が太陽圏を形成し、原始惑星円盤に残っていたガスと塵を星間空間へと吹き飛ばしました。[29]

ニースモデルは、原始惑星系円盤の消滅後、微惑星と巨大ガス惑星の重力衝突によって、それぞれが異なる軌道へと移動したと提唱している。これは系全体の力学的不安定性につながり、微惑星を散乱させ、最終的に巨大ガス惑星を現在の位置に配置させた。この時期に、グランド・タック仮説は、木星の最終的な内向きの移動によって小惑星帯の大部分が分散し、内惑星への後期重爆撃が引き起こされたと示唆している。 [32] [33]

現在と未来

太陽系は、太陽の周りを重力によって束縛された孤立した軌道を描くことで、比較的安定した、ゆっくりと進化する状態を維持しています。 [34]太陽系は数十億年の間、比較的安定していますが、技術的には混沌としており、最終的には崩壊する可能性があります。今後数十億年の間に、別の恒星が太陽系を通過する可能性はわずかにあります。これは太陽系を不安定にし、最終的には数百万年後に惑星の放出、惑星の衝突、または惑星の太陽への衝突につながる可能性がありますが、太陽系は今日とほぼ同じ状態のままになる可能性が高いでしょう。[35]

現在の太陽は赤色巨星期のピーク時の大きさと比較すると

太陽の主系列期は、始まりから終わりまで約100億年続くとされる。これに対し、太陽の残存寿命のその他の段階を合わせた期間は約20億年である。 [ 36]太陽系は、太陽核の水素が完全にヘリウムに変化するまで、現在知られている状態とほぼ同じままである。これは今から約50億年後に起こる。これが太陽の主系列期の終わりを意味する。その時、太陽核は収縮し、不活性ヘリウムを取り囲む殻に沿って水素の核融合が起こり、エネルギー出力は現在よりも大きくなる。太陽の外層は現在の直径の約260倍に膨張し、太陽は赤色巨星となる。表面積が増加するため、太陽表面は主系列時よりも低温になる（最も低温の時で2,600 K（4,220 °F））。[36]

膨張する太陽は水星と金星を蒸発させ、地球と火星を居住不可能な状態にする（地球も破壊する可能性がある）と予想されている。[37] [38]最終的に、中心核はヘリウム核融合が起こるのに十分な熱くなり、太陽は中心核で水素を燃焼していた時間のほんの一部しかヘリウムを燃焼しない。太陽はより重い元素の核融合を始めるほど質量がないため、中心核での核反応は減少する。その外層は宇宙に放出され、密度の高い白色矮星が残る。これは元の太陽の半分の質量だが、地球ほどの大きさしかない。[36]放出された外層は惑星状星雲を形成し、太陽を形成した物質の一部（今では炭素などのより重い元素が豊富になっている）が星間物質に戻る可能性がある。[39] [40]

一般的な特徴

月面から太陽系の様々な構成要素を撮影した、カラー強調された写真。左下の3つの点は、左から右へ、土星、火星、水星の惑星を表し、写真の中央には、地球光によって右側から照らされた月の暗い縁から太陽のコロナが昇っている。

天文学者は太陽系の構造をいくつかの領域に分けることがあります。内側の太陽系には、水星、金星、地球、火星、そして小惑星帯の天体が含まれます。外側の太陽系には、木星、土星、天王星、海王星、そしてカイパーベルトの天体が含まれます。[41]カイパーベルトの発見以来、太陽系の最外縁部は、海王星の外側の天体からなる独立した領域であると考えられています。[42]

構成

太陽系の主要構成要素は太陽であり、G型主系列星である。太陽系全体の質量の99.86%を占め、重力的に支配的な役割を担っている。[43]太陽の周りを回る4つの最大の天体、すなわち巨大惑星は、残りの質量の99%を占めており、木星と土星を合わせると90%以上を占める。太陽系の残りの天体（4つの地球型惑星、準惑星、衛星、小惑星、彗星を含む）は、太陽系全体の質量の0.002%未満を占める。[h]

太陽はおよそ98%が水素とヘリウムで構成されており、[47]木星や土星も同様です。[48] [49]太陽系には、初期の太陽からの熱と光圧によって生じた組成勾配が存在し、太陽に近い天体は熱と光圧の影響をより強く受け、高融点の元素で構成されています。太陽から遠い天体は、主に低融点の物質で構成されています。[50]太陽系において、これらの揮発性物質が凝集できる境界は霜線として知られており、地球から太陽までの距離のおよそ5倍のところにあります。[5]

軌道

太陽系の内惑星の軌道を描いたアニメーション。各フレームは2日間の動きを表しています。
太陽系の外惑星の軌道を描いたアニメーション。このアニメーションは内惑星のアニメーションの100倍の速さです。

太陽の周りを公転する惑星やその他の大型天体は、太陽系の不変面の近くにある。地球の軌道（黄道）もこの面のすぐ近くに位置し、その傾斜角は 0.3219° である。[51]彗星などの小型の氷天体は、この面に対してかなり大きな角度で公転することが多い。[52] [53]太陽系の惑星のほとんどは、衛星と呼ばれる天然衛星によって公転されている二次系を持っている。最大の天然衛星はすべて同期自転しており、一方の面が常に親惑星に向けられている。4 つの巨大惑星には、惑星の周りを同期して公転する微粒子の薄い円盤である惑星リングがある。[54]

太陽系の形成の結果、惑星やその他のほとんどの天体は太陽の自転と同じ方向に太陽の周りを公転しています。つまり、地球の北極から見て反時計回りです。[55]ハレー彗星などの例外もあります。[56]大きな衛星のほとんどは、惑星の自転方向と一致する順行方向に惑星の周りを公転しています。海王星の衛星トリトンは、逆行方向に公転する最大の衛星です。[57]大きな天体のほとんどは、自身の軸の周りを公転軌道に対して順行方向に公転していますが、金星の自転は逆行です。[58]

ケプラーの惑星運動の法則は、大まかな近似として、太陽の周りの物体の軌道を記述します。[59] : 433–437 これらの法則は、各物体が太陽を 1 つの焦点とする楕円軌道に沿って移動し、そのため太陽からの物体の距離が 1 年の間に変化すると規定しています。物体が太陽に最も近づく点は近日点と呼ばれ、太陽から最も遠い点は遠日点と呼ばれます。[60] : 9-6 水星を除いて、惑星の軌道はほぼ円形ですが、多くの彗星、小惑星、カイパーベルトの物体は楕円に近い軌道を描きます。ケプラーの法則は、軌道を回る物体に対する太陽の重力の影響のみを説明しており、異なる物体同士の重力による影響は説明していません。人間の時間スケールでは、これらの摂動は数値モデルを使って説明できるが[60]：9-6 、惑星系は数十億年かけて無秩序に変化する可能性がある。[61]

太陽系の角運動量は、太陽系を構成するすべての要素が持つ軌道運動量と自転運動量の合計を表す尺度である。[ 62 ]太陽は質量の点では太陽系の大部分を占めるが、角運動量の約2%を占めるに過ぎない。[63] [64]木星を中心とする惑星は、質量、軌道、太陽からの距離の組み合わせにより、残りの角運動量の大部分を占めており、彗星もかなりの寄与をしている可能性がある。[63]

距離とスケール

太陽系内の相対的な軌道距離を凝縮した長方形で視覚化した図

太陽の半径は0.0047 AU（70万km）である。[65]したがって、太陽は地球の軌道と同じ半径の球体の体積の0.00001%（10の7乗分の1 ）を占めるが、地球の体積は太陽の約100万分の1（10の-6乗分の1）である。最大の惑星である木星は、太陽から5.2 AUの距離にあり、半径は71,000 km（0.00047 AU; 44,000 mi）であるが、最も遠い惑星である海王星は太陽から30 AU。[49] [66]

いくつかの例外を除き、惑星やベルトが太陽から遠いほど、その軌道と太陽に次に近い天体の軌道との距離は大きくなります。例えば、金星は水星よりも太陽からおよそ0.33 AU離れていますが、土星は木星から4.3 AU、海王星は天王星から10.5 AU離れています。これらの軌道距離の関係を明らかにする試みは、ティティウス・ボーデの法則[67]やヨハネス・ケプラーのプラトン立体に基づくモデル[68]などによって行われてきましたが、現在も進行中の発見により、これらの仮説は否定されています。[69]

いくつかの太陽系模型は、太陽系の相対的なスケールを人間の言葉で伝えようと試みている。いくつかはスケールが小さく（機械的なものもあり、オーレリーと呼ばれる）あるが、他のものは都市や地方にまたがっている。[70]その種の最大のスケールの模型であるスウェーデン太陽系は、ストックホルムにある110メートル（361フィート）のアヴィーチー・アリーナを太陽の代わりとして使っており、そのスケールに従うと、木星は40km（25マイル）離れたストックホルム・アーランダ空港にある7.5メートル（25フィート）の球体である。一方、現在最も遠い天体であるセドナは912km（567マイル）離れたルレオにある10センチメートル（4インチ）の球体である。 [71] [72]そのスケールでは、プロキシマ・ケンタウリまでの距離は月と地球の間の距離のおよそ8倍になる。

太陽と海王星の距離を100メートル（330フィート）にスケールすると、太陽の直径は約3センチメートル（1.2インチ）（ゴルフボールの直径の約3分の2）、巨大惑星はすべて約3ミリメートル（0.12インチ）よりも小さく、地球と他の地球型惑星の直径はこのスケールではノミ（0.3ミリメートルまたは0.012インチ）よりも小さくなります。[73]

惑星間の距離の比較。白いバーは軌道の変化を示しています。惑星の大きさは縮尺どおりではありません。

居住性

太陽系の居住可能領域は、通常、地球の周りの太陽系内部に位置しており、大気中の液体の水は太陽によって可能になっている。[74]

太陽エネルギーに加えて、生命の存在を可能にする太陽系の主要な特性は、太陽圏と惑星磁場（それらを持つ惑星の場合）です。これらの磁場は、宇宙線と呼ばれる高エネルギー星間粒子から太陽系を部分的に保護します。星間物質中の宇宙線の密度と太陽磁場の強度は非常に長い時間スケールで変化するため、太陽系への宇宙線の浸透レベルは変化しますが、その程度は不明です。[75]

太陽系における居住可能性は、表面条件、さらには太陽環境だけに依存するわけではない。なぜなら、太陽系の様々な天体の潜在的な地下海や、特に金星などのいくつかの惑星の雲層にも居住可能性があるからである。 [ 77 ]

太陽系外惑星との比較

ケプラーのデータの分析によると、天の川銀河で観測された惑星系は3つのグループに分類される。「相似型」は、大きさが似通っており、距離も似通っており、軌道もほぼ円形である惑星群から構成される。「秩序型」は、惑星の質量が主星からの距離に応じて増加する傾向がある。「混合型」は、質量に全くパターンがない。太陽系は秩序型であり、観測された系の37%もこれに該当する。しかし、相似型は観測された系の59%を占め、大多数を占めている。一方、混合型はわずか4%である。[78]

多くの太陽系と比較すると、太陽系は水星の軌道より内側に惑星が存在しないという点で際立っています。[79] [80]既知の太陽系には、地球の1倍から10倍の質量を持つスーパーアースは存在しませんが、[ 79]仮説上の第9惑星は、もし存在するとすれば、太陽系の端を周回するスーパーアースである可能性があります。[81]

珍しいことに、太陽系には小型の地球型惑星と大型のガス惑星しか存在しません。他の惑星では、岩石惑星とガス惑星の両方を含む中間サイズの惑星が一般的であるため、地球と海王星（半径は地球の3.8倍）の大きさの間に見られるような「差」は見られません。これらのスーパーアースの多くは、それぞれの恒星に水星と太陽の距離よりも近いため、すべての惑星系は多数の近接惑星から始まり、通常はそれらの衝突が繰り返されることで質量が少数の大型惑星に集約されるという仮説が立てられています。しかし、太陽系の場合は、衝突によって惑星が破壊され、放出されたという仮説が立てられています。[79] [82]

太陽系の惑星の軌道はほぼ円形である。他の多くの系と比較して、軌道離心率は小さい。[79]この原因については、視線速度検出法の偏りや、非常に多くの惑星の長期にわたる相互作用などによって説明しようとする試みもあるが、正確な原因は未だ解明されていない。[79] [83]

太陽

プラズマの白い球
真の白色の太陽

太陽は太陽系の恒星であり、その構成要素の中では最も質量が大きい。その巨大な質量（地球の332,900倍）[84]は、太陽系全体の質量の99.86%を占め、[85]中心核の温度と密度を高く保ち、水素からヘリウムへの核融合反応を維持できる。[86]これにより膨大な量のエネルギーが放出され、そのほとんどは可視光線をピークとする電磁放射として宇宙空間に放射される。[87] [88]

太陽は中心部で水素を核融合反応で生成するため、主系列星である。より正確には、G2型主系列星であり、その型指定は実効温度を表す。高温の主系列星はより明るくなるが、寿命は短い。太陽の温度は、最も高温の星と最も低温の星の中間である。太陽よりも明るく高温の星は稀である一方、赤色矮星として知られる、太陽よりもはるかに暗く低温の星が、天の川銀河の核融合星の約75%を占めている。[89]

太陽は天の川銀河の渦巻き腕で形成されたI族の恒星です。水素とヘリウムよりも重い元素（天文学用語では「金属」）の豊富さは、銀河バルジやハローにあるより古いII族の恒星より​​も高くなっています。[90]水素とヘリウムよりも重い元素は、古い恒星や爆発中の恒星の中心核で形成されたため、宇宙にこれらの原子が豊富に存在するには、最初の世代の恒星が死滅しなければなりませんでした。最も古い恒星は金属をほとんど含みませんが、後に誕生した恒星はより多くの金属を含んでいます。この高い金属含有量は、太陽の惑星系の発達に決定的な役割を果たしたと考えられています。なぜなら、惑星は「金属」の集積によって形成されたからです。[91]

太陽磁気圏が支配的な宇宙空間領域は太陽圏と呼ばれ、太陽系の大部分を占めています。太陽は光とともに、太陽風と呼ばれる荷電粒子（プラズマ）の連続的な流れを放射しています。この流れは時速90万キロメートル（時速56万マイル）から時速288万キロメートル（時速179万マイル）の速度で外側に広がり、[92]太陽系の天体間の真空を満たしています。その結果、惑星間物質と呼ばれる薄く塵の多い大気が形成され、少なくとも100 AU . [93]

太陽フレアやコロナ質量放出などの太陽表面の活動は太陽圏を乱し、宇宙天気を作り出し、磁気嵐を引き起こす。[94]コロナ質量放出などの現象は、太陽表面から磁場と大量の物質を吹き飛ばす。この磁場と物質が地球の磁場と相互作用することで、荷電粒子が地球の上層大気に流れ込み、磁極付近で見られるオーロラを形成する。[95]太陽圏内で最も大きな安定構造は太陽圏電流シートであり、これは太陽の回転磁場が惑星間物質に及ぼす作用によって形成される螺旋状の構造である。[96] [97]

太陽系内部

太陽系内部は、地球型惑星と小惑星を含む領域である。[98]主にケイ酸塩と金属から構成され、[99]太陽系内部の天体は太陽に比較的近く、この領域全体の半径は木星と土星の軌道間の距離よりも短い。この領域は霜線内にあり、霜線は木星の軌道間の距離よりもわずかに短い。太陽から5 AU。[52]

内惑星

金星と地球はほぼ同じ大きさで、火星は約0.55倍、水星は約0.4倍の大きさです。
4つの地球型惑星、水星、金星、地球、火星

4つの地球型惑星、すなわち内惑星は、密度が高く岩石質で、衛星はほとんどないか全くなく、環系もありません。これらは主に、地殻とマントルを形成するケイ酸塩などの難溶性鉱物と、核を形成する鉄やニッケルなどの金属で構成されています。4つの内惑星のうち3つ（金星、地球、火星）は、気象を発生させるのに十分な大気を持ち、すべての惑星に衝突クレーターや地溝帯、火山などの地殻構造が見られます。 [ 100 ]

  • 水星（太陽から0.31～0.59 AU）[D 6]は、太陽系で最も小さい惑星です。表面は灰色がかっており、逆断層によって形成された断崖と、衝突の残骸によって形成された光線系。[101]表面温度は大きく変化し、赤道地域では夜間の-170℃（-270°F）から日照時の420℃（790°F）まで変化します。かつて水星は火山活動が活発で、月と同様に玄武岩[102]水星はケイ酸塩地殻と大きな鉄の核を持つと考えられます。[103][104]水星の大気は非常に希薄で、太陽風の粒子と放出された原子で構成されています。105]水星には天然の衛星はありません。[106]
  • 金星（0.72–0.73 AU）[D 6]二酸化炭素からなる、反射性の白っぽい大気を持っています。表面では、大気圧は地球の海面の90倍の密度です。[107]大気中の温室効果ガスの量により、400 °C（752 °F）を超えています[108]太陽風による剥離から保護する磁場がない[109]蓋テクトニクスを伴う火山活動の広範な証拠が見られます。[110金星には天然の衛星はありません。[106]
  • 地球（0.98–1.02 AU）[D 6]は、宇宙で生命と地表に液体の水が存在することが知られている唯一の場所です。[111]地球の大気は78％の窒素と21％の酸素、これは生命の存在の結果です。[112][113]地球は複雑な気候と気象気候地域によって条件が大きく異なります。[114]地球の固体表面は、緑の植生、砂漠、白い氷床。[115][116][117]、大陸塊を形成したプレートテクトニクスによって形作られています[102]地球の惑星磁気圏は表面を放射線から保護し、大気の剥離生命の居住可能性を維持しています。[118]
    • 月は地球の唯一の天然衛星である。[119]月の直径は地球の4分の1である。[120]月の表面は非常に細かいレゴリスで覆われており、衝突クレーターが大部分を占めている。[121] [122]月の大きな暗い部分、海は、過去の火山活動によって形成された。[123]月の大気は非常に薄く、粒子密度が10 7 / cm −3未満の部分的な真空で構成されている。[124]
  • 火星（1.38–1.67 AU）[D 6] の半径は地球の約半分である。[125]火星の大部分は、火星の土壌に酸化鉄[126]極地は水と二酸化炭素白い氷冠。[127]火星の大気は主に二酸化炭素で構成されており、表面気圧は地球の0.6%で、いくつかの気象現象を維持するのに十分である。[128]火星の1年（地球の687日）の間に、表面温度は-78.5 °C（-109.3 °F）から5.7 °C（42.3 °F）の間で大きく変動する。火星の表面には火山や地溝帯鉱物が豊富に存在する。[129][130]分化したを持ち、40億年前に磁気圏を失った。[131][132]火星には2つの小さな衛星がある:[133]
    • フォボスは火星の内側の衛星です。平均半径11km（7マイル）の小さく不規則な形状の天体です。表面は反射率が非常に低く、衝突クレーターが多数存在します。[D 7] [134]特に、フォボスの表面には半径約4.5km（2.8マイル）の非常に大きなスティックニー衝突クレーターがあります。 [135]
    • デイモスは火星の外側の衛星です。フォボスと同様に不規則な形状をしており、平均半径は6km（4マイル）で、表面はほとんど光を反射しません。[D 8] [D 9]しかし、デイモスの表面はフォボスよりも明らかに滑らかです。これは、衝突クレーターがレゴリスによって部分的に覆われているためです。[136]

小惑星

描かれている小惑星群: 地球近傍小惑星、地球トロヤ群、火星トロヤ群、主小惑星帯、木星トロヤ群、木星ギリシャ小惑星、木星ヒルダの三角
木星の軌道までの太陽系内部の概要

小惑星は、最大のケレスを除いて、太陽系の小天体に分類され、主に炭素質、難治性の岩石および金属鉱物と少量の氷で構成されています。[137] [138]大きさは数メートルから数百キロメートルに及びます。多くの小惑星は、軌道特性に基づいて小惑星グループやファミリーに分類されます。一部の小惑星には、その周囲を回る天然衛星、つまりより大きな小惑星を周回する小惑星が存在します。 [139]

  • 水星横断小惑星とは、近日点が水星の軌道内にある小惑星のことである。現在までに少なくとも362個が知られており、太陽系で太陽に最も近い天体も含まれる。[140]水星と太陽の軌道の間にある小惑星、バルカン類は発見されていない。 [141] [142] 2024年現在、金星の軌道内に完全に収まっている小惑星が1つ発見されている。594913 ꞌAylóꞌchaxnimである。[143]
  • 金星横断小惑星とは、金星の軌道を横切る小惑星のことである。2015年現在、その数は2,809個である。[144]
  • 地球近傍小惑星は地球の軌道に比較的近い軌道を周回しており[145]、その一部は将来地球に衝突する可能性があるため、潜在的に危険な天体である。 [146] [147] 2024年現在、37,000個以上が知られている。[148]太陽を周回する流星体の中には、地球に衝突する前に宇宙空間で追跡できるほどの大きさのものもあった。過去の衝突が地球の地質学的および生物学的歴史を形成する上で重要な役割を果たしてきたことは、現在では広く認められている。[149]
  • 火星横断小惑星とは、火星の軌道を横切る、近日点が1.3 AUを超える小惑星のことである。[150] 2024年現在、NASAは26,182個の火星横断小惑星を確認している。[144]

小惑星帯

小惑星帯は2.3から太陽から3.3天文単位の距離に位置し、火星と木星の軌道の間に位置している。これは、太陽系形成期に木星の重力の影響で合体できなかった残骸であると考えられている。 [151]小惑星帯には、直径1キロメートルを超える天体が数万、あるいは数百万個存在する。[152]にもかかわらず、小惑星帯の総質量は地球の1000分の1以下である可能性が高い。[46]小惑星帯の天体密度は非常に低く、宇宙船は日常的に問題なく通過している。[153]

4つの最大の小惑星：ケレス、ベスタ、パラス、ヒギエア。ケレスとベスタのみ宇宙船が観測されており、詳細な画像が残っています。

以下は、小惑星帯にある3つの最大の天体についての説明です。これらはすべて、比較的無傷の原始惑星、つまり完全に形成された惑星になる前の前駆段階であると考えられています（例外的な小惑星の一覧を参照）。[154] [155] [156]

  • ケレス（2.55–2.98 AU）は、小惑星帯で唯一の準惑星です。[157]直径940 km（580 mi）で、この帯で最大の天体です。[158]表面には炭素、[159]凍った水、含水鉱物の混合物が含まれています。[160]氷火山の兆候があり、揮発性物質が表面に噴出しており、表面の明るい斑点。[161]ケレスは非常に薄い水蒸気の大気を持っていますが、実質的には真空と区別がつきません。[162]
  • ベスタ（2.13–3.41 AU）は小惑星帯で2番目に大きい天体です。[163]その破片はベスタ小惑星族[164]や地球上で発見されたHED隕石[165]ベスタの表面は主に玄武岩と変成岩構成されており、ケレスよりも密度が高いです。[166]レアシルビアとヴェネネイアという2つの巨大なクレーターがあります。[167]
  • パラス（2.15–2.57 AU）は、小惑星帯で3番目に大きい天体です。[163]パラスには独自のパラス 小惑星族があります。[164]パラスは宇宙船が訪れたことがないため、あまり知られていませんが、[168]表面はケイ酸塩で構成されていると予測されています。[169]

ヒルダ小惑星は木星と3:2の共鳴関係にあり、つまり木星の軌道2回ごとに太陽の周りを3回周回する。[170]ヒルダ小惑星は木星と小惑星帯の間にある3つの連結したクラスターに位置している。

トロヤ群は、他の天体の重力的に安定なラグランジュ点（軌道の前方60°のL4点、または軌道の後方60°のL5点）内に位置する天体です。[ 171 ]水星を除くすべての惑星には、少なくとも1つのトロヤ群が存在することが知られています。[172] [173] [174]木星のトロヤ群の数は、小惑星帯のトロヤ群の数とほぼ同じです。[175]木星に次いで、海王星には28個のトロヤ群が存在し、最も多く確認されています。 [176]

太陽系外縁部

太陽系の外縁部には、巨大惑星とその巨大な衛星が存在します。ケンタウロス族や多くの短周期彗星はこの領域を周回しています。太陽からの距離が遠いため、外縁部の固体天体は、内縁部の惑星よりも水、アンモニア、メタンなどの揮発性物質の割合が高くなっています。これは、外縁部の温度が低いため、これらの化合物が大きな昇華を起こさずに固体のままでいられるためです。[25]

外惑星

木星と土星は、天王星と海王星の約2倍、金星と地球の約10倍、火星の約20倍、水星の約25倍の大きさです。
右下にある内惑星の地球、金星、火星、水星と比較した、外惑星の木星、土星、天王星、海王星

巨大惑星または木星型惑星と呼ばれる4つの外側の惑星は、太陽の周りを回る質量の99%を占めています。 [h] 4つの巨大惑星はすべて複数の衛星と環系を持っていますが、地球から簡単に観測できるのは土星の環だけです。[100]木星と土星は主に水素、ヘリウム、ネオンなどの極めて融点の低いガスで構成されているため、[177]巨大ガス惑星と呼ばれています。[178]天王星と海王星は氷惑星であるため、[179]天文学的な意味での「氷」 （水、メタン、アンモニア、硫化水素、二酸化炭素などの融点が数百ケルビンまでの化合物）で大部分が構成されています。[177]氷物質は、巨大惑星の衛星と海王星の軌道を越えた小天体の大半を構成しています。[180] [181]

  • 木星（4.95–5.46 AU）[D 6]は、太陽系で最大かつ最も質量の大きい惑星です。表面には、大気循環大赤斑や白い「楕円」のような巨大な嵐が渦巻いています。電離放射線の方向を変え、極でオーロラをほどの強力な磁気圏を有しています[182]2025年現在、木星には97個の衛星が確認されて、これらはおおよそ3つのグループに分類できます。
    • アマルテア群は、メティス、アドラステア、アマルテア、テーベから構成されています。これらは他の衛星よりも木星にかなり近い軌道を周回しています。[183]​​ これらの天然衛星の物質が、木星のかすかな環の源となっています。[184]
    • ガリレオ衛星は、ガニメデ、カリスト、イオ、エウロパから構成されています。木星の最大の衛星であり、惑星としての性質を示しています。[185]
    • 不規則衛星は、かなり小さな天然衛星から構成され、他の天体よりも遠い軌道を周回する。[186]
  • 土星（9.08–10.12 AU）[D 6]は、赤道の周囲を周回する、小さな氷と岩石の粒子で構成されたなリング系[187]土星の北極と南極には、地球の直径よりも大きな六角形の嵐が土星には、弱いオーロラを発生させる磁気圏があります。2025年現在、土星には274個の衛星が確認されており、以下のグループに分類されます。
    • 土星の環の内側または近くを周回する小衛星と羊飼い衛星。小衛星は軌道上の塵を部分的にしか除去できないが[188] 、羊飼い衛星は塵を完全に除去し、環に目に見える隙間を形成する。[189]
    • 内側の大型衛星であるミマス、エンケラドゥス、テティス、ディオネ。これらの衛星は土星のE環内を周回している。これらは主に水氷で構成されており、分化した内部構造を持つと考えられている。[190]
    • トロヤ群衛星カリプソとテレスト（テティスのトロヤ群）、そしてヘレネとポリデウケス（ディオネのトロヤ群）。これらの小衛星はテティスとディオネと軌道を共有し、どちらか一方に先行または後続している。[191] [192]
    • 外側の大きな衛星にはレア、タイタン、ヒペリオン、イアペトゥスがある。[190]タイタンは太陽系で唯一、大気を持つ衛星である。[193]
    • 不規則衛星は、かなり小さな天然衛星から構成され、他の天体よりも遠い軌道を周回します。フェーベは土星最大の不規則衛星です。[194]
  • 天王星（18.3–20.1 AU）[D 6]惑星の中では珍しく、太陽の周りを横向きに公転し、軸の傾きは90°を超えています。そのため、両極が交互に太陽に向いたり遠ざかったりするため、天王星には極端な季節変動が生じます。[195]天王星の外層は落ち着いたシアン色をしていますが、その雲の下には内部熱など、その気候に関する多くの謎。2025年現在、天王星には28個の衛星が確認されて、3つのグループに分けられます。
    • 天王星の環系の内側を周回する内側衛星。[196]これらは互いに非常に近いため、軌道が混沌としていることが示唆されている。[197]
    • 大型衛星には、タイタニア、オベロン、ウンブリエル、アリエル、ミランダがある。[198]ミランダだけは主に氷でできており、ほとんどの衛星は岩石と氷がほぼ同量含まれている。[199]
    • 不規則な衛星は、他の天体よりも遠く、偏心した軌道を持ちます。[200]
  • 海王星（29.9–30.5 AU）[D 6]は、太陽系で最も遠い惑星として知られています。外層大気はややくすんだシアン色で、表面には時折、黒い斑点のような嵐が見られます。天王星と同様に、海王星の大気現象の多くは未解明であり、例えば熱圏の異常な高温や磁気圏の強い傾斜（47°）などが挙げられます。2025年現在、海王星には16個の衛星が確認されて、以下の2つのグループに分けられます。
    • 海王星の赤道付近の円軌道を持つ通常の衛星。[194]
    • 不規則衛星は、その名の通り、軌道が不規則です。その一つであるトリトンは、海王星最大の衛星です。地質学的に活発で、窒素ガスの間欠泉が噴出し、薄い雲状の窒素大気を有しています。[201] [193]

ケンタウロス

ケンタウロス族は氷で覆われた彗星のような天体で、その軌道長半径は木星よりも長く、海王星よりも短い（5.5～30 AU）。これらはかつてカイパーベルトや散乱円盤天体（SDO）に属していたもので、外惑星によって太陽に近づくにつれて重力が乱され、彗星になるか太陽系外に放出されると予想されている。[45]ほとんどのケンタウロス族は活動しておらず小惑星のような状態だが、中には彗星のような活動を示すものもあり、例えば最初に発見されたケンタウロス族の2060 カイロンは、彗星が太陽に近づくとコマを形成するのと同じように、彗星（95P）に分類されている。[202]知られている最大のケンタウロス族はカリクローで、直径約250 km（160 mi）あり、環を持つ数少ない小惑星の1つである。[203] [204]

トランスネプチューン領域

海王星の軌道の外側には、「太陽系外縁部領域」と呼ばれる領域があり、冥王星をはじめとするいくつかの準惑星が位置するドーナツ型のカイパーベルトと、太陽系平面に向かって傾き、カイパーベルトよりもはるかに外側まで広がる散在する天体の重なり合う円盤が広がっています。この領域全体は未だにほとんどが未探査です。この領域は、主に岩石と氷で構成された、数千もの小惑星で構成されていると考えられています。最大のものの直径は地球の5分の1、質量は月よりもはるかに小さいです。この領域は、内太陽系と外太陽系を囲む「太陽系の第三領域」と呼ばれることもあります。[205]

カイパーベルト

カイパーベルト周辺の天体とその他の小惑星群の図。J、S、U、Nは木星、土星、天王星、海王星を表します。
カイパーベルト天体の軌道分類。軌道共鳴を起こすいくつかの銀河団がマークされている。

カイパーベルトは小惑星帯に似た巨大なデブリの輪ですが、主に氷でできた天体で構成されています。[206]太陽から30から50AUの範囲に広がっています。主に太陽系の小天体で構成されていますが、最大のものは準惑星になるほどの大きさです。[207]直径50km（30マイル）を超えるカイパーベルト天体は10万個以上あると推定されていますが、カイパーベルト全体の質量は地球の10分の1、あるいは100分の1に過ぎないと考えられています。[45]多くのカイパーベルト天体には衛星があり、[208]そのほとんどは黄道面に対してかなり傾いた軌道（約10°）を周回しています。[209]

カイパーベルトは、大まかに「古典的」ベルトと共鳴する太陽系外縁天体に分けられます。[206]後者の軌道周期は海王星の周期と単純な比率で、例えば、海王星の3周につき2周、あるいは2周につき1周します。古典的ベルトは海王星と共鳴しない天体で構成され、およそ39.4天文単位から47.7天文単位まで広がっています。[210]古典的カイパーベルトの天体は、最初に発見された同種の天体（当初は1992 QB 1と命名され、後にアルビオンと命名）にちなんで「キュベワノス」と呼ばれることがあります。これらの天体は、現在もほぼ原始的で、離心率の低い軌道を周回しています。[211]

天文学者の間では、カイパーベルトの5つのメンバーが準惑星。 [207] [212]多くの準惑星候補が検討されており、検証のためのさらなるデータが待たれている。 [213]

  • 冥王星（29.7–49.3 AU）は、カイパーベルトで最大の既知の天体です。冥王星は比較的偏心した軌道を持ち、黄道面。冥王星は2:3の共鳴関係プルティノと呼ばれます。[214] 冥王星には5つの衛星があります。カロン、ステュクス、ニクス、ケルベロス、ヒドラ。[215]
    • 冥王星の最大の衛星であるカロンは、冥王星との連星系の一部であると説明されることもある。これは、2つの天体がそれぞれの表面上の重心の周りを公転している（つまり、「互いの周りを公転している」ように見える）ためである。
  • オルクス（30.3–48.1 AU）は冥王星と同様に海王星と2:3の軌道共鳴関係にあり、冥王星に次いで大きなそのような天体である。[216]離心率と傾斜角は冥王星と似ているが、近日点は冥王星のそれから約120°離れている。そのため、オルクスの軌道の位相は冥王星と反対である。オルクスが遠日点（最近では2019年）にあるのと、冥王星が近日点（最近では1989年）にあるのとでは、逆もまた同様である。[217]このため、オルクスは反冥王星と呼ばれている。[218] [219]オルクスには、ヴァンスという衛星が1つ知られている。[220]
  • ハウメア（34.6–51.6 AU）は2005年に発見されました。[221]一時的に海王星と7:12の軌道共鳴状態にあります。[216]ハウメアは環系を持ち、ヒイアカとナマカという2つの衛星が知られています。また、非常に速い自転速度（3.9時間ごとに1回）のため、楕円体に引き伸ばされています。ハウメアは、同様の軌道を共有するカイパーベルト天体の衝突ファミリーの一部であり、数十億年前にハウメアに巨大な衝突があり、破片が宇宙空間に放出されたことを示唆しています。[222]
  • マケマケ（38.1–52.8 AU）は冥王星より小さいものの、古典カイパーベルト（海王星との共鳴が確認されていないカイパーベルト天体）で最大の既知の天体である。マケマケは冥王星に次いでカイパーベルトで最も明るい天体である。2005年に発見され、2009年に正式に命名された。[223]その軌道は冥王星よりもはるかに傾斜しており、29°である。[224]マケマケにはS/2015 (136472) 1 という衛星が知られている。[225]
  • クワオアー（41.9–45.5 AU）は、マケマケに次いで古典カイパーベルトで2番目に大きい既知の天体です。その軌道は、マケマケやハウメアに比べて、離心率と傾斜角が著しく小さいです。[216]クワオアーは環系を持ち、衛星ウェイウォットが知られています。[226]

散乱ディスク

散乱円盤天体の軌道離心率と傾斜角を、古典的カイパーベルト天体および共鳴カイパーベルト天体と比較した。

カイパーベルトと重なりながら500AU近くまで広がる散乱円盤は、短周期彗星の起源と考えられています。散乱円盤天体は、海王星の初期の外向き移動の重力の影響によって、不規則な軌道を周回するようになったと考えられています。散乱円盤天体のほとんどは近日点がカイパーベルト内にありますが、遠日点はカイパーベルトからはるかに外側にあります（中には太陽から150AU以上離れたものもあります）。散乱円盤天体の軌道は、黄道面から最大46.8°傾くことがあります。[227]一部の天文学者は、散乱円盤をカイパーベルトの単なる別の領域と見なし、散乱円盤天体を「散乱カイパーベルト天体」と呼んでいます。[228]一部の天文学者は、ケンタウルス族を散乱円盤の外向き散乱天体と共に内向き散乱カイパーベルト天体に分類しています。[229]

現在、天文学者の間では、散乱円盤の中の2つの天体が準惑星：

  • エリス（38.3–97.5 AU）は、既知の散乱円盤天体の中では最大であり、また、準惑星の中でも最も質量が大きい。エリスの発見は、冥王星よりも質量が25%大きく[230]、直径はほぼ同じであることから、惑星の定義に関する議論を巻き起こした。エリスの衛星はディスノミアとして知られる。冥王星と同様に、エリスの軌道は離心率が高く、近日点は38.2 AU（冥王星と太陽との距離にほぼ相当）、遠日点は97.6 AUである。また、黄道面に対して44°の急傾斜角を持つ[231] 。
  • 公公（33.8–101.2 AU）は、エリスとほぼ同軌道を周回する準惑星であるが、海王星との共鳴度は3:10である。[D 10]公公の衛星は1つ知られており、それは翔柳である。[232]

極限太陽系外縁天体

セドナ、2012 VP113、レレアクーホヌア（ピンク）、その他の非常に遠い天体（赤、茶、シアン）の現在の軌道と、仮想の惑星ナイン（濃い青）の予測軌道

太陽系内の天体の中には、軌道が非常に大きいため、他の小惑星群に比べて既知の巨大惑星の影響がはるかに少ないものがあります。これらの天体は、極端太陽系外縁天体（extreme trans-Neptunian object）、略してETNOと呼ばれます。[233]一般的に、ETNOの軌道長半径は少なくとも150～250 AUです。[233] [234]例えば、541132 Leleākūhonuaは、太陽から65～2000 AUの距離を、約3万2000年で太陽の周りを1周します。[D 11]

この種族は天文学者によって3つのサブグループに分類されます。散在ETNOは近日点が約38～45 AUで、離心率が0.85を超える非常に高い天体です。通常の散在円盤天体と同様に、海王星の重力散乱によって形成されたと考えられ、現在も巨大惑星と相互作用しています。近日点が約40～45 AUから50～60 AUの分離ETNOは、散在ETNOよりも海王星の影響は少ないものの、それでも比較的海王星に近いです。近日点が50～60 AUを超えるセドノイドまたは内側オールト雲天体は、海王星から遠すぎるため、強い影響を受けません。[233]

現在、準惑星として分類される ETNO が 1 つあります。

  • セドナ（76.2–937 AU）は、最初に発見された極端太陽系外縁天体である。大きく赤みを帯びた天体で、一周するのに約11,400年かかる。 2003年にこの天体を発見したマイク・ブラウンは、近日点が遠すぎて海王星の移動の影響を受けていないため、散乱円盤やカイパーベルトの一部ではないと主張している。[235]セドナ型天体はセドナにちなんで命名されている。[233]

いくつかの極端な太陽系外縁天体の軌道には統計的なばらつきが観測されている。これらの天体は太陽に最も近づくと、ほとんどが一つのセクターに集中し、互いに似たような軌道傾斜角を示している。[236] [237] [238]一部の天文学者は、これは海王星の外側にある大きな惑星の影響によるのではないかと示唆している。この仮説上の惑星は第9惑星と呼ばれている。[239]他の天文学者は、この統計的なばらつきは観測の偏りや単なる偶然によるものだと考えている。[240]

オールトの雲

太陽系の影響圏内にある領域であるオールトの雲の想像図。さらに、さらに内側のカイパーベルトの描写（挿入図）も含まれています。物体のサイズは、見やすさを考慮して拡大表示されています。

オールトの雲は、理論上は最大1兆個の氷の天体からなる球殻で、すべての長周期彗星の源であると考えられています。[241] [242]これらの天体はもともと巨大ガス惑星との重力相互作用によって惑星領域から放出されました。[243]オールトの雲の天体は非常にゆっくりと移動し、衝突、通過する恒星の重力の影響、銀河潮汐（天の川銀河によって及ぼされる潮汐力）などのまれな事象によって乱される可能性があります。[241] [242]現在の画像技術では、オールトの雲を直接観測することはできません。[244]

オールトの雲は、太陽系を太陽からおよそ2,000 AUから最大で約200,000 AUまで取り囲んでいると理論上考えられています。一方、オールトの雲の半径の低い推定値では、それよりも遠くには位置付けられていません。50,000 AU。[245]質量の大部分は3,000から10万AU [ 246]ウェスト彗星のような最も遠い既知の天体は、太陽から7万AU [247]

重力的に不安定な集団

流星体、流星、塵

惑星、黄道光、流星群（画像左上）

1メートル未満の固体物体は通常、流星体と微小流星体（粒子サイズ）と呼ばれますが、この2つのカテゴリーの正確な区分については長年にわたって議論されてきました。[248] 2017年までに、IAUは直径約30 マイクロメートルから1メートルまでの固体物体を流星体と指定し、微小流星体の分類を廃止し、より小さな粒子を単に「ダスト粒子」と呼ぶようになりました。[249]

流星体には彗星や小惑星の崩壊によって形成されたものもあれば、惑星から放出された衝突破片によって形成されたものもあります。ほとんどの流星体はケイ酸塩やニッケルや鉄などの重金属でできています。[250]彗星が太陽系を通過する際、流星体の軌跡を残します。これは彗星の物質の蒸発か、休眠中の彗星の単純な分裂によるものだと考えられています。大気圏を横切る際、これらの流星体は大気圏突入により空に明るい筋を作り出し、これを流星と呼びます。流星体の流れが平行軌道で大気圏に突入すると、流星は空の一点から「放射状」に見えるため、この現象は流星群と呼ばれます。[251]

太陽系内部には、黄道塵雲が存在し、これは暗く汚染されていない空ではぼんやりとした黄道光として見える。これは、小惑星帯内での衝突によって惑星との重力相互作用によって引き起こされたと考えられている。最近では、火星の物質が起源であるという説も提唱されている。[252]太陽系外部には宇宙塵雲が存在する。それは約10 AUから約40 AUで、カイパーベルト内での衝突によって生成されたと考えられます。[253] [254]

彗星

左下には、黒い背景に白いコマが浮かび上がっています。雲状の物質が左上へと流れ、距離とともにゆっくりと薄れていきます。
ヘール・ボップ彗星の尾にあるまばらなプラズマ (青) と塵 (白) は、それぞれ太陽放射と太陽風からの圧力によって形成されています。

彗星は太陽系の小天体で、通常は直径数キロメートル程度で、主に揮発性の氷で構成されています。軌道は非常に離心率が高く、近日点は内惑星の軌道内に、遠日点は冥王星のはるか彼方にあります。彗星が太陽系内に入ると、太陽に近づくことで氷の表面が昇華・電離し、コマと呼ばれるガスと塵の長い尾が形成されます。これは肉眼で見えることが多いです。[255]

短周期彗星の軌道は200年未満です。長周期彗星の軌道は数千年続きます。短周期彗星はカイパーベルトで発生したと考えられていますが、ヘール・ボップ彗星のような長周期彗星はオールトの雲で発生したと考えられています。クロイツ彗星群のように、多くの彗星群は単一の親彗星の分裂によって形成されました。[256]双曲線軌道を持つ彗星の中には太陽系外起源のものもありますが、その正確な軌道を特定することは困難です。 [257]太陽の温暖化によって揮発性物質がほとんど追い出された古い彗星は、しばしば小惑星に分類されます。[258]

境界領域と不確実性

星間物質内の太陽系（左）。異なる領域とその距離は対数目盛りで示されている。

太陽系の外縁部の多くは未だに未解明である。100AUを超える領域は事実上未踏であり、この宇宙領域について学ぶことは困難である。この領域の研究は、軌道が乱されて太陽に近づく少数の天体からの推論に依存しており、そうした天体を発見できるのは、たまたま彗星として認識できるほど明るくなった時だけであることが多い。[259]太陽系の外縁部には、未だ発見されていない天体が数多く存在する。[260]

太陽の重力圏は、約2光年（太陽の丘球は、その重力ポテンシャルが銀河ポテンシャル、つまり銀河核のポテンシャルに達し、その重力の影響の有効範囲はオールトの雲を囲み、[27] [261]太陽から23万AUまで広がっていると考えられています。 [8]

太陽圏とヒル球の境界、つまりオールトの雲の端にある星間物質に対する太陽の重力ポテンシャルと銀河の重力ポテンシャルは、太陽系とその周囲の銀河環境の境界を表しています。

太陽圏の端

太陽の磁気圏とヘリオスヘルスの図

太陽の恒星風バブル、すなわち太陽が支配的な空間領域であるヘリオスフィアは、終端衝撃波を境界としています。局所的な静止基準に対する太陽の特異な運動に基づくと、この境界は星間物質の風上側では太陽から約80～100 AU、風下側では太陽から約200 AUの距離にあります。[262]ここで太陽風は星間物質と衝突し[263] 、劇的に減速、凝縮し、乱流が増して、ヘリオシースとして知られる大きな楕円構造を形成します。[262]

ヘリオシースは彗星の尾に非常によく似た外観と挙動を示すと理論づけられており、風上側ではさらに40 AU外側に伸び、風下側ではその何倍もの距離、おそらく数千 AUにまで尾を引く。[264] [265]カッシーニ探査機と星間境界探査機の証拠は、ヘリオシースが星間磁場の拘束作用によって泡のような形状に強制されていることを示唆しているが、[266] [267]実際の形状は不明である。[268]

太陽圏の外縁の形状は、星間物質との相互作用による流体力学や、南に広がる太陽磁場の影響を受けている可能性が高い。例えば、北半球は南半球よりも9AUほど外側に広がる鈍角な形状をしている。 [262]ヘリオポーズは星間物質の始まりと考えられている。[93]ヘリオポーズの約230AUの地点には、太陽が天の川銀河を通過する際に残すプラズマの「航跡」であるバウショックが存在する。 [269]ヘリオポーズの外側にある大きな物体は太陽の重力に束縛されたままであるが、星間物質中の物質の流れは微小な物体の分布を均質化する。[93]

天界の近所

局所星間雲、G雲、そして周囲の恒星の図。2022年現在、星間雲内における太陽系の正確な位置は、天文学において未解決の問題となっている。[270]

太陽から10光年以内には比較的少数の恒星しか存在せず、最も近いのは三重星系アルファ・ケンタウリで、約4.4光年離れており、局部バブルのG雲にある可能性がある。[271]アルファ・ケンタウリAとBは太陽に似た2つの星が密接に結びついており、太陽に最も近い恒星である小型の赤色矮星 プロキシマ・ケンタウリは、この2つの星から0.2光年の距離を周回している。2016年には、プロキシマ・ケンタウリを周回する可能性のある居住可能な太陽系外惑星、プロキシマ・ケンタウリbが発見され、太陽に最も近いことが確認された太陽系外惑星となった。 [272]

太陽系は局部星間雲に囲まれているが、それが局部星間雲に埋め込まれているのか、それとも雲の端のすぐ外側に位置しているのかは明らかではない。[273]太陽から300光年以内の領域には、複数の星間雲が存在し、局部バブルとして知られている。[273]後者は、星間物質中に存在する直径約300光年の砂時計型の空洞、またはスーパーバブルである。このバブルは高温のプラズマで満たされており、最近の超新星爆発によって生じた可能性を示唆している。[274]

ローカルバブルは、それぞれ数千光年の長さを持つ近隣のより広いラドクリフ波とスプリット線状構造（旧グールドベルト）と比較すると小さなスーパーバブルです。 [275]これらの構造はすべてオリオン腕の一部であり、肉眼で見える天の川のほとんどの星が含まれています。[276]

星々は星団を形成し、その後、共動する星団へと分解していきます。肉眼で見える顕著な星団は、約80光年離れた局部バブル内にあるおおぐま座移動星団です。最も近い星団はヒアデス星団で、局部バブルの端に位置しています。最も近い星形成領域は、南の冠分子雲、へびつかい座ロ雲複合体、そしておうし座分子雲です。後者は局部バブルのすぐ外側に位置し、ラドクリフ波の一部となっています。[277]

太陽から0.8光年以内を通過する恒星のフライバイは、およそ10万年に1回発生します。最も接近した、よく測定された接近はショルツの星で、約約7万年前に太陽から5万AUの距離まで接近し、おそらく外側のオールトの雲を通過したと考えられる。 [278] 10億年に1%の確率で恒星が太陽から5万AUの距離まで接近する。太陽から100AUの距離にあり、太陽系を混乱させる可能性がある。[279]

銀河の位置

天の川銀河の図。銀河の特徴と太陽系の相対的な位置がラベル付けされています。

太陽系は、直径約10万 光年の棒渦巻銀河である天の川銀河に位置し、1000億個以上の恒星を擁しています。[280]太陽は、天の川銀河の外側の渦巻腕の一つで、オリオン座・白鳥座腕または局部腕として知られています。[281] [282]太陽は、銀河面近くを周回する薄い円盤状の恒星群の一員です。 [283]

銀河系の中心の周りの公転速度は約220km/秒で、2億4000万年で1周します。[280]この公転は太陽系の銀河年として知られています。[284]太陽の頂点、つまり星間空間における太陽の通る道の方向は、明るい恒星ベガの現在の位置の方向にあるヘルクレス座の近くにあります。[285]黄道面は銀河面に対して約60°の角度をなしています。[c]

太陽は、銀河系中心（超大質量ブラックホールいて 座A*が存在する）から26,660光年離れたほぼ円軌道を描いて周回しており、[287]渦巻き腕とほぼ同じ速度で周回している。[288]太陽が中心付近を周回すると、近くの恒星からの重力によってオールトの雲の天体が乱され、多くの彗星が太陽系内部に送り込まれ、地球上の生命に壊滅的な影響を与える可能性のある衝突を引き起こす可能性がある。このシナリオでは、銀河系中心からの強力な放射線が複雑な生命の発達を妨げる可能性がある。[288]

太陽系が天の川銀河系内に位置することは、地球上の生命の進化史において重要な要素である。渦巻腕には、太陽系を崩壊させる可能性のある超新星、重力不安定性、そして放射線がはるかに多く集中しているが、地球は局部的腕の中に留まり、渦巻腕を頻繁に通過しないため、生命が進化するための長期にわたる安定状態が保たれている。 [288]しかし、物議を醸しているシヴァ仮説によれば、天の川銀河系内の他の部分に対する太陽系の位置の変化は、地球における周期的な絶滅現象を説明できる可能性がある。[289] [290]

発見と探検

空を移動する「光」の動きは、惑星の古典的な定義「流浪の星」の基礎となります。

人類の太陽系に関する知識は、何世紀にもわたって着実に蓄積されてきました。中世後期からルネサンス期にかけて、ヨーロッパからインドに至るまでの天文学者たちは、地球が宇宙の中心に静止しており[291]、空を移動する神や霊的な物体とは全く異なる存在であると信じていました。ギリシャの哲学者サモス島のアリスタルコスは太陽中心説による宇宙の再編を提唱していましたが、ニコラウス・コペルニクスは、数学的に予測可能な太陽中心説を初めて提唱した人物として知られています[292] [293]。

地動説はすぐに天動説に打ち勝ったわけではないが、コペルニクスの業績にはヨハネス・ケプラーをはじめとする擁護者がいた。コペルニクスの業績を改良し、軌道を楕円形にすることが可能になった地動説モデルと、ティコ・ブラーエの精密な観測データを用いて、ケプラーはルドルフ表を作成し、当時知られていた惑星の位置を正確に計算できるようにした。ピエール・ガッサンディはこれを用いて1631年に水星の太陽面通過を予言し、ジェレミア・ホロックスは1639年に金星の太陽面通過を予言した。これは地動説とケプラーの楕円軌道説を強力に立証するものである。[294] [295]

17世紀、ガリレオは天文学における望遠鏡の使用を公表し、彼とシモン・マリウスは独立に木星の周りを周回する衛星が4つあることを発見した。[296] クリスティアーン・ホイヘンスはこれらの観察に続き、土星の衛星タイタンと土星の環の形を発見した。[297] 1677年、エドモンド・ハレーは水星の太陽面通過を観測し、惑星の太陽視差の観測（より理想的には金星の太陽面通過を使用）を使用して、地球、金星、太陽の距離を三角法で決定できることに気付いた。 [298]ハレーの友人アイザック・ニュートンは1687年の傑作「プリンキピア」で、天体は地球のものと本質的に異なるものではなく、地球と空で同じ運動法則と重力法則が適用されることを示した。 [59] : 142 

1747年、エマニュエル・ボーエンが描いた太陽系図。当時はまだ天王星、海王星、小惑星帯は発見されていなかった。惑星の軌道は縮尺どおりだが、衛星の軌道と天体の大きさは縮尺どおりではない。

「太陽系」という用語が英語に導入されたのは1704年で、ジョン・ロックが太陽、惑星、彗星を指すのにこの用語を使用したことがきっかけでした。[299] 1705年、ハレーは彗星の繰り返し観測が同一の天体によるものであり、75～76年に一度定期的に回帰していることに気づきました。これは、惑星以外の何かが太陽を繰り返し周回しているという最初の証拠でした。[ 300]セネカは1世紀に彗星についてこの理論を立てていました。[301] 1769年の金星の太陽面通過を注意深く観測した結果、天文学者たちは地球と太陽の平均距離を93,726,900マイル（150,838,800 km）と算出しました。これは現代の値よりわずか0.8%大きいだけです。[302]

天王星は1690年以降、おそらくは古代から時折観測されており、1783年までに土星の外側を周回する惑星であると認識されました。 [303] 1838年、フリードリヒ・ベッセルは恒星視差の測定に成功しました。これは、地球が太陽の周りを回ることによって生じる恒星の位置の見かけ上の変化であり、地動説の最初の直接的な実験的証拠となりました。[304] 海王星は、その重力によって天王星の軌道にわずかながら検出可能な変化が生じることから、数年後の1846年に惑星であると特定されました。[305] 水星の軌道異常の観測から、水星の内部にある惑星であるバルカンの探索が行われましたが、これらの試みは1915年にアルバート・アインシュタインの一般相対性理論によって打ち砕かれました。 [306]

20世紀には、人類は1960年代から宇宙に望遠鏡を設置することから始まり、太陽系の周りの宇宙探査を開始しました。 [307] 1989年までに、8つの惑星すべてに宇宙探査機が訪問されました。[308]探査機は彗星[309]や小惑星[310]からサンプルを持ち帰ったほか、太陽のコロナ[311]を通過し、2つの準惑星（冥王星とケレス）を訪れました。[312] [313]燃料を節約するために、一部の宇宙ミッションでは重力アシスト操作が使用されています。たとえば、2機のボイジャー探査機は太陽系の外にある惑星を飛行するときに加速します[314]し、パーカー太陽探査機は金星をフライバイした後、太陽に近づくにつれて減速します[315] 。

人類は1960年代と1970年代のアポロ計画で月に着陸しており[316]、2020年代にはアルテミス計画で再び月に降り立つ予定です[317]。20世紀と21世紀の発見により、2006年に惑星という用語の再定義が行われ、冥王星は準惑星に降格され[318] 、太陽系外惑星への関心が高まりました[319]。

2024年に活動する太陽系宇宙探査機一覧（および今後予定されている探査機のリスト）
太陽系内の主要天体に直接（重力の助けなしで）移動するために必要なデルタvの地図（燃焼が近点にあり、傾斜角の変化が無視されると仮定）

参照

注記

  1. ^ 小惑星帯、カイパーベルト、散乱円盤は、個々の小惑星が小さすぎて図に表示できないため追加されていません。
  2. ^ abこの年代は、 隕石中にこれまでに発見された最も古い含有物に基づいている。4 568 .2+0.2
    −0.4    百万年前のことで、崩壊する星雲の中で最初の固体物質が形成された日付であると考えられています。[18]
  3. ^ ab が黄道の北極と銀河の北極の間の角度である場合、 = 27° 07′ 42.01″ および = 12h 51m 26.282s は銀河の北極の赤緯と赤経、[286]であり、 = 66° 33′ 38.6″ および= 18h 0m 00s は黄道の北極のそれらである。 （両方の座標ペアはJ2000時代のものである。）計算の結果は 60.19° である。
  4. ^ 名前の大文字表記は様々である。天文学命名法に関する権威ある機関である国際天文学連合は、すべての個々の天体の名前を大文字で表記することを規定しているが、命名ガイドライン文書（Wayback Machineに2021年7月25日アーカイブ）では「Solar System」と「solar system」の構造を混在させている。名前は一般的に小文字（「solar system」）で表記され、例えばオックスフォード英語辞典やメリアム・ウェブスター第11版大学辞典（Wayback Machineに2008年1月27日アーカイブ）ではそうである。
  5. ^ 太陽系の規模は非常に大きいため、天文学者は距離を表すために独自の単位を使用しています。天文単位（AU）は1億5000万キロメートル（9300万マイル）に相当します。これは、惑星の軌道が完全に円軌道である場合の地球から太陽までの距離に相当します。[13]
  6. ^ 国際天文学連合の小惑星センターは、2024年時点で、オルクス、クワオアー、ゴングゴン、セドナを準惑星として正式にリストしていません。
  7. ^ 太陽系天体の詳細な分類については、小惑星グループの一覧と彗星§分類を参照してください。
  8. ^ ab 太陽、木星、土星を除いた太陽系の質量は、その最大の天体の質量をすべて加算し、オールトの雲（地球の約3倍と推定）[44] 、カイパーベルト（地球の0.1倍と推定）[45 ] 、小惑星帯（地球の0.0005倍と推定） [46]の大まかな計算値を使用することで決定でき、その合計は切り上げて約37地球質量、つまり太陽の周りを公転する質量の8.1%になります。天王星と海王星の合計質量（地球の約31倍）を差し引くと、残りの約6地球質量の物質は、公転する全質量の1.3%を構成します。

参考文献

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