天王星と海王星は実際にはこのように見えるかもしれない

数十年にわたり、海王星の画像では、惑星は濃い青色に見え、天王星はより緑色に見えた。しかし、これら2つの氷の巨星は、天文学者がこれまで考えていたよりも実際には互いに似ているのかもしれない。1月5日に王立天文学会月報に掲載された研究によると、太陽系の最も遠い惑星の本当の色は、どちらも同様の淡い緑がかった青である可能性があるという。

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イメージと現実

NASA のボイジャー 2 号ミッションは、宇宙船による両氷巨星のフライバイとしては唯一のミッションであり、このミッションによって、遠く離れたこれらの惑星の詳細な画像が初めて得られた。ボイジャー 2 号は 1986 年に天王星のフライバイを行い、その画像にはより淡いシアンまたは青色の惑星が写っていた。この宇宙船は 1989 年に海王星のフライバイを行い、その画像には濃い青色の惑星が写っていた。

しかし、天文学者たちは、両惑星の最新の画像のほとんどが、その本来の色を正確に反映していないことを長い間理解していました。ボイジャー 2 号は、各惑星の画像を別々の色で撮影し、これらの単色画像を合成画像としてまとめました。これらの合成画像は、特に海王星は青すぎると考えられていたため、必ずしも正確にバランスが取れているわけではありませんでした。初期のボイジャーによる海王星の画像のコントラストも、惑星の雲や風をよりよく見せるために大幅に強調されていました。

「ボイジャー2号が撮影した天王星の画像は『本来の』色に近い形で公開されたが、海王星の画像は実際には引き伸ばされ、強調されており、そのため人工的に青くなりすぎている」と、研究の共著者でオックスフォード大学の天文学者パトリック・アーウィン氏は声明で述べた。「人工的に飽和した色彩は当時、惑星科学者の間では知られており、画像にはそれを説明するキャプションが付けられていたが、その区別は時とともに失われていった」

より正確なビューを作成する

新しい研究では、研究チームはハッブル宇宙望遠鏡の宇宙望遠鏡撮像分光器（STIS）と、ヨーロッパ南天天文台の超大型望遠鏡のマルチユニット分光探査装置（MUSE）から取得したデータを適用した。

STIS と MUSE の両方において、各ピクセルは連続した色のスペクトルであるため、フィルターで見られるものよりも、観測結果をより明確に処理して、惑星のより正確な色を判定できます。

研究チームは、このデータを使って、ボイジャー2号の搭載カメラとハッブル宇宙望遠鏡の広視野カメラ3で記録された合成カラー画像のバランスを再調整した。その結果、天王星と海王星はどちらも実際には似たような淡い緑がかった青の色調であることが明らかになった。海王星はわずかに青みがかっているが、これは惑星上の薄いもやの層であることがモデルによって示された。

変化する天王星の色

この研究は、84年間太陽の周りを公転する間に天王星の色がわずかに変化する理由についても、おそらく答えを提供している。研究チームはまず、天王星の画像と、1950年から2016年にかけてアリゾナ州のローウェル天文台で青と緑の波長で測定された明るさの測定値を比較した。これらの測定値から、天王星の極が太陽に向いている夏至と冬至の間は、天王星が少し緑色に見えることがわかった。しかし、太陽が惑星の赤道上にある春分と秋分の間は、より青みがかっているように見える。

変化の理由としてすでに判明しているのは、天王星の極めて珍しい自転によるものだ。この惑星は軌道上でほぼ横向きに自転するため、至点では北極と南極がほぼ太陽と地球の方向を向いている。著者らによると、天王星の両極の反射率が変化すると、地球から見たときの惑星全体の明るさに大きな影響が出るという。天文学者にとってあまり明確でなかったのは、この反射率がどのように、なぜ異なるのかということだ。研究チームは、天王星の極域の色の帯を赤道域と比較するモデルを開発した。

研究者たちは、極地では青の波長よりも緑と赤の波長のほうが反射率が高いことを発見した。天王星がこれらの波長で反射率が高いのは、部分的にはメタンガスが赤色を吸収し、天王星の極付近のメタンが赤道付近の半分ほどしかないためである。

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しかし、これだけでは色の変化を完全に説明するには不十分だったため、研究者らは、天王星が春分から夏至に移動する時にこれまで観測されてきた、徐々に厚くなる氷のもやの「フード」という形でモデルに新たな変数を追加しました。研究者らは、このもやはおそらくメタンの氷の粒子でできていると考えています。

モデルでこの極移動をシミュレートした後、氷粒子は惑星の極における緑と赤の波長での反射をさらに増加させ、これにより、極におけるメタンが減少し、メタン氷粒子の厚さが増すため、至点の天王星がより緑色に見えることが説明されました。

「海王星の色に関する誤解と天王星の異常な色の変化は、何十年も私たちを悩ませてきました」と天文学研究大学協会のハイジ・ハメル氏は声明で述べた。「この包括的な研究により、両方の問題がようやく解決するはずです」。ハメル氏はこの新しい研究の著者ではない。

海王星に対する一般の認識と現実との間のギャップを埋めることで、惑星の特定の特徴を誇張したり視覚化を強化したりするためにデータがどのように操作されるかがわかります。

「だまそうとしたことはありません」と、研究の共著者でレスター大学の惑星科学者リー・フレッチャー氏はニューヨーク・タイムズ紙に語った。「しかし、これらの画像を視覚的に美しくすることで物語を伝えようとする試みはありました。そうすれば、遠くにあるぼんやりとした灰色の不定形の塊よりも、おそらくもっと意味のある方法で人々がこれらの美しい光景を楽しむことができるでしょう。」