水星

context: 水星は、太陽系にある惑星の1つで、太陽に最も近い公転軌道を周回している。岩石質の「地球型惑星」に分類され、太陽系惑星の中で大きさ、質量ともに最小のものである。

太陽系の惑星の中では最も小さい。例えば赤道面での直径4,879.4kmは、地球の38%に過ぎない。衛星である木星のガニメデや土星のタイタンよりも小さい。衛星や環はない。

天球上での見かけの明るさは−0.4等から5.5等まで変化する。水星は太陽に非常に近いため、日の出前と日没直後のわずかな時間しか観察できず、時期によっては望遠鏡でも見ることが難しい。これは太陽との最大離角が28.3度に過ぎないためである。

アメリカの探査機マリナー10号が初めて水星へ接近し、地表の約40から45%の地図が作られた。撮影された映像から、水星には多数のクレーターがあり、月と非常によく似た環境だと考えられた。依然として分からないことが多い惑星であるが、2008年に探査を始めたアメリカのメッセンジャーや、2018年10月に打ち上げられた日欧共同プロジェクトベピ・コロンボなどによって、探査の進展が期待されている。
qas: question: 太陽系の惑星の中で一番小さいのは何?
answers: text: 水星

question: 太陽系にある惑星のうち、一番太陽に近いのは何?
answers: text: 水星

question: ガニメデとタイタンと水星のうち、一番小さいのはどれですか。
answers: text: 水星

question: 水星の太陽との最大離角は何度ですか。
answers: text: 28.3度

context: 水星の公転周期は約88日である。その軌道離心率約0.21は太陽系惑星の中でもっとも大きく、近日点が約0.31au(46×106km)で遠日点が約0.47au(70×106km)という、太陽を焦点のひとつとする大きな楕円軌道を描いている。

公転面は地球の公転面(黄道)に対して7度の傾きがある。その結果、水星の太陽面通過は黄道に水星があるタイミングに限られ、平均7年に1度しか観測されない。

この軌道の近日点は太陽の周りを周回する形でゆっくりと移動している。この現象の大部分は他の惑星からの摂動など古典力学で説明できるものだったが、観測値は古典力学による計算値より100年あたり43秒大きく、この説明不可能だったずれは19世紀の天文学者を悩ませてきた。このため水星の内側にもう1つ惑星があるという説が現れた。このニュートン力学では説明できなかった43秒は、後にアインシュタインの一般相対性理論によって「太陽の重力により時空が歪んだ結果」として説明づけられた。一般相対性理論による計算値が、誤差の範囲で観測値の43秒と非常によく一致していたのである。
qas: question: 水星の公転周期は何日なの?
answers: text: 約88日

question: 水星は平均何年に1度しか観測されませんか。
answers: text: 7年

context: 水星の自転周期は58日である。1965年にレーダー観測が行われるまで、水星の自転は地球の月や他の多くの衛星と同様に、太陽からの潮汐力によって公転と同期しており、常に太陽に同じ面を向けて1公転中に1回自転していると考えられていた。しかし実際には水星の自転と公転は2:3の共鳴関係にある。すなわち、太陽の周囲を2回公転する間に3回自転する。水星の公転軌道の離心率が比較的大きいため、この共鳴関係は安定して持続している。水星の自転と公転が同期していると考えられた元々の理由は、地球から見て水星が最も観測に適した位置にある時にはいつでも同じ面が見えたからであった。実際にはこれは2:3の共鳴の同じ位置にある時に観測していたためだった。この共鳴があるために、水星の恒星日(自転周期)は58.7日なのに対して、水星の太陽日(水星表面から見た太陽の子午線通過の間隔)は176日と、3倍になっている。誕生直後の水星は8時間程度の速さで自転していたが、太陽の潮汐力によって段々と遅くなり現在の同期状態になったと考えられるが、なぜ2:3の比となったのかは分っていない。
qas: question: 水星の自転周期は何日ですか。
answers: text: 58日

context: 水星には半径1,800km程度の核が存在する。これは惑星半径の3/4に相当し、水星全体では質量の約70%が鉄やニッケル等の金属、30%がケイ酸塩で出来ている。

平均密度5,430kg/m3は地球と比べわずかに小さい。核の比率が大きい割に密度がそれほど高くないのは、地球は自重によって惑星の体積が圧縮され密度が高くなるのに対し、小さな水星は圧縮される割合が低いためである。地球中心部の圧力は366万気圧に達するのに対し、水星中心部は約25から40万気圧にとどまる。しかし、天体の大きさと平均密度の相関関係では、水星は唯一他の地球型惑星が示す傾向から60%程度重い方向に外れている。自重による圧縮を除外して計算された平均密度は、水星が5,300kg/m3、地球が4,000-4,100kg/m3となり、水星のほうが有意に高い値をとる。
qas: question: 水星の核は半径何kmですか。
answers: text: 1,800km程度

question: 水星と地球と、どっちの方が平均密度が大きい?
answers: text: 地球

question: 水星全体の質量の30%を占めているのは何ですか。
answers: text: ケイ酸塩

context: 水星の体積は地球の5.5%に相当する。しかし地球の金属核は17%にすぎないのに対し、水星の金属核はその42%を占める。核は地球の内核と外核のように、固体と液体に分離していると見られている。2007年、電波観測によって水星の核に液体の部分が存在することを示す磁場が観測された。2019年には、メッセンジャーの観測データとモデル計算から、核の中心に直径2,000kmにも及ぶ固体の核が存在することが示された。

核の周りは厚さ600km程度の岩石質マントルで覆われているが、これは他の岩石惑星と比べごく薄いためマントルの対流が小規模となり、惑星表面に特有の影響を及ぼした可能性が指摘されている。地殻は、マリナー10号の観測結果から厚さ100-300kmと推測されている。

水星は太陽系の他のどの天体よりも鉄の存在比が大きい。この高い金属存在量を説明するために、主に3つの理論が提唱されている。
qas: question: 水星の体積は地球の何%に相当しますか。
answers: text: 5.5%

question: 電波観測によって水星の核に液体の部分が存在することを示す磁場が観測されたのは何年のことですか。
answers: text: 2007年

context: 当初、水星の地形は望遠鏡によるアルベドの計測で予想された。地域によって反射率に差異があり、これは月の高地のようなリンクルリッジ、山脈、平野、ルペス、ヴァリスなどがあるためと推測された。

1975年のマリナー10号による観測で得た情報から基本的な部分が明らかになった。水星の地表は月の地表と似ており、その特徴は、数十億年単位時間を経て形成される月の海のような滑らかな面や、全球を覆うさまざまな大きさのクレーターが数多く存在していることにある。その中でも最も目に付くものは、惑星直径の1/4以上に相当する直径1,300kmほどのクレーター群から成るカロリス盆地である。これは、46億年前に水星が形成されて間もなく始まり38億年前まで続いた後期重爆撃期に、彗星や隕石が衝撃を和らげる大気が無い水星に衝突を繰り返すことでクレーターを形成し、当時まだ活発だった火山活動によって盆地がマグマで埋まり形成されたと考えられる。
qas: question: 水星の地表は何の表面に似ていますか。
answers: text: 月

question: 水星は何年前に形成されたか。
answers: text: 46億年前

question: 後期重爆撃期は何年前まで続いたか。
answers: text: 38億年前

context: 水星の表面はおおまかにいって異なる時代にできた二つの表面によって覆われている。若い方の表面は溶岩が流れ出して形成された軽い地表であり、古い地表よりクレーターが少ない。このような二分化された地形は月の高地-海の関係に似ているが、水星に見られる新旧の地表の違いは月の場合ほど明確ではない。

水星の地表を特徴付けるもう一つの地形は、惑星の広い範囲に散在する高さ約2km、長いものでは500kmにもなる断崖であり、リンクルリッジと呼ばれる。これは水星の内部が冷却され、半径が1-2kmほど縮む過程で形成された「しわ」であると考えられているが、太陽の潮汐力の影響という異説も存在する。断層のパターンについて詳細に分析できるようになれば、地形の正確な起源が明らかになると考えられている。また、太陽の潮汐力は地球が月に与える力の約17倍と推測され、そのために水星では赤道部分が膨らむ潮汐変形が起きている。
qas: question: 水星の表面はおおまかに、異なる時代にできたいくつの表面によって覆われていますか。
answers: text: 二つ

question: 水星の地表に存在する高さ約2km、長いものでは500kmにもなる断崖は何と呼ばれますか。
answers: text: リンクルリッジ

question: 新旧の地表の違いがよりよく見られるのは月の方ですか、水星の方ですか。
answers: text: 月

context: 水星は重力が小さいため、長く大気を留めておくことは難しい。しかし、ごく薄く分子同士の衝突がほとんど無い無衝突大気の存在が確認されている。水星の気圧は10-7Pa(10−12気圧)程度と推測され、その成分は水素、ヘリウムの主成分に加え、ナトリウム、カリウム、カルシウム、酸素などが検出されている。

この大気組成は一定しておらず、絶えず供給と散逸を繰り返している。水素やヘリウムは太陽風の粒子を水星磁場が捕捉したものと考えられ、やがて宇宙空間に拡散されてゆく。地殻で生じる放射性崩壊もひとつのヘリウム供給源であり、ナトリウムやカリウムも地殻起源である。水蒸気も存在しており、これは水星の表面が崩壊して生じたものと、太陽風の水素と岩石由来の酸素がスパッタリングを起こして生成されるもの、永久影にある水の氷が昇華して発生するものがある。探査機メッセンジャーによる水の存在に関連するO+、OH−、H2O+などのイオン発見は、驚きをもって受け止められた。これら発見されたイオンの量から、科学者らは水星の表面は太陽風に吹き晒されている状態にあると推測した。

大気中にナトリウム・カリウム・カルシウムがあることは1980-1990年代に発見され、当初は隕石衝突による地殻の蒸発がこれらを供給していると考えられた。さらに探査機メッセンジャーによってマグネシウムの存在が確認された。その時点での研究の結果、ナトリウムの供給領域は惑星磁場に対応する部分に絞られた。これは水星の表面と磁場が相互作用を起こしていることを示す。
qas: question: 水星と地球と、どっちの方が重力が小さい?
answers: text: 水星

question: 水星の大気中にナトリウム・カリウム・カルシウムがあることはいつ発見されましたか。
answers: text: 1980-1990年代

context: 水星の表面の平均温度は452K(179°C)であるが、温度変化は90-100Kから700Kにおよぶ。水星は公転と自転が共鳴しているため、近日点において特定の2箇所が南中を迎え最高温度の700Kに達する。この場所は「熱極」と呼ばれ、カロリス盆地とその正反対側が当たる。遠日点では500K程度になる。日陰部の最低温度は平均110Kほどである。太陽光は地球の太陽定数の4.59-10.61倍に相当し、エネルギー総計では3,566W/m2となる。

このような高温に晒されながら、水星には氷の存在が確認されている。北極と南極に近く深いクレーターの中には太陽光が当たらない永久影となる部分があり、温度が102K以下に保たれている。これは1992年、ゴールドストーン深宇宙通信施設の70m電波望遠鏡と超大型干渉電波望遠鏡群(VLA)が、水の氷による強いレーダー反射を観測して確認された。この反射現象は他にも原因を考えうるが、天文学者は水の氷が存在する可能性が最も高いと考えている。2012年6月、メッセンジャーが撮影した極地の画像により、氷が存在する可能性が裏付けられたと、ジョンズ・ホプキンズ大学などの研究チームが発表した。この氷の量は10×1014-10×1015kg程度であり、レゴリスが覆うことで昇華から防がれていると考えられる。なお、地球の南極に存在する氷は4×1018kg、火星の南極には10×1016kg程度の水の氷があると言われる。水星の氷の起源は不明だが、彗星の衝突もしくは水星内部からの放出で生まれたという説が有力である。
qas: question: 水星の表面の平均温度は最大何Kまで上がりますか。
answers: text: 700K

question: 水星で「熱極」と呼ばれる場所は何カ所ありますか。
answers: text: 2箇所

context: 水星について記述された最古の観測記録は、紀元前14世紀頃のアッシリア人によって作られたと考えられる星図表Mul.Apinである。この表における水星の楔形文字表記は、Udu.Idim.Gu\u4.Ud(thejumpingplanet、「跳ぶ星」)と訳された。バビロニアにも紀元前1000年代の記録があり、彼らは神話に登場する伝達する神ナブーになぞらえた名称をつけていた。

古代ギリシアではヘーシオドスの時代には知られ、Στίλβων(Stilbon、「微かな光」の意)やἙρμάων(Hermaon)と呼ばれていた。ヘラクレイデスは、水星と金星が地球でなく太陽の周りを回っていると考えるに値する観測を行った。古代ギリシア世界では、宵の水星にヘルメース、明けの水星にはアポローンを対応させていたが、やがてこの2つの星が同一のものであることに気づいた。その後、最内周惑星で運行が速いことから、ヘルメースと同一視されていた他の神々の使いである俊足の神メルクリウスの名があてられ、これが英語のマーキュリー(Mercury=水星)の語源となった。
qas: question: 星図表Mul.Apinを制作したと考えられるのは何人なの?
answers: text: アッシリア人

question: バビロニアの人々は水星を何に因んで名称を付けましたか。
answers: text: 神ナブー

question: 古代ギリシア世界では、宵の水星を何といいましたか。
answers: text: ヘルメース

question: 英語のマーキュリーの語源となった神の名前は何ですか。
answers: text: メルクリウス

context: 古代中国では水星は「辰星」の名で知られ、方角の「北」、五行思想の「水」と対比させていた。水を当てはめた理由は、流水を水星の公転速度の速さに見立てたためであり、西洋の俊足神メルクリウスと同じ着眼である。現代でも、中国、日本、大韓民国、ベトナムでは漢字で「水星」と書かれ、五行思想の反映が見られる。インド神話では、水星には水曜日を司る神ブダの名が与えられる。曜日との関連は、ゲルマン人の思想でも神オーディンが水星と水曜日を司るという考えがある。

マヤ文明では水星はフクロウに喩えられ、1羽という時と、朝夕それぞれ2羽の計4羽と考えられることもあった。彼らは地下世界からの使者と考えられた。
qas: question: 古代中国で水星は何と呼ばれましたか。
answers: text: 「辰星」

question: 現代、中国、日本、ベトナム以外に漢字で「水星」と書く国はまたどこがありますか。
answers: text: 大韓民国

question: マヤ文明では水星を何に喩えましたか。
answers: text: フクロウ

context: 中世イスラム世界では、11世紀にアンダルスの天文学者ザルカーリーが水星の公転軌道が卵や松の実のような楕円形だと主張した。ただし彼の天文学理論や計算に、この考えは反映されなかった。12世紀にはイブン・バーッジャが「太陽面にある2つの黒い点」を観察した。13世紀には、マラーゲ天文台のクトゥブッディーン・シーラーズィーが、これは水星か金星の太陽面通過またはその両方だと述べた。なお現代では、この種類の中世の報告は太陽黒点を見ていたものとも取り扱われる。

インドでは、15世紀にケーララ州のケーララ学派のニーラカンタ・ソーマヤージーが、16世紀デンマークのティコ・ブラーエに先立ち、太陽の周囲を水星と地球が周回する太陽系モデルを構築した。
qas: question: 水星の公転軌道が卵や松の実のような楕円形だと主張した人は誰ですか。
answers: text: ザルカーリー

question: イブン・バーッジャは何世紀に「太陽面にある2つの黒い点」を観察しましたか。
answers: text: 12世紀

context: 望遠鏡を用いた水星観測は17世紀初めにガリレオ・ガリレイが手がけたが、天体の相を確認するには充分な機能を発揮しなかった。しかし1631年にはピエール・ガッサンディが、ヨハネス・ケプラーが予告した天体の通過を望遠鏡で観測した。1639年にはイタリアのジョヴァンニ・ズッピが望遠鏡を使って水星を観測し、金星や月と同様に満ち欠けがあることを発見した。これによって、水星が太陽の周りを回っていることが確実になった。惑星同士が交差する掩蔽は非常に稀な天体現象だが、1737年5月28日に水星と金星で起こった掩蔽はグリニッジ天文台のジョン・ベヴィスによって観察された。水星と金星が次に掩蔽を起こすのは2133年12月3日である。

水星は太陽に接近しているため、観測するのは非常に困難である。水星軌道周期の約半分に相当する期間は、太陽の光に埋もれてしまって見ることができない。またそれ以外の時期でも、朝か夕方のごく短い時間しか観測できない。ニコラウス・コペルニクスが水星を生涯見られなかったという逸話は有名である。
qas: question: 望遠鏡を用いた水星観測を最初に行った人物は誰か。
answers: text: ガリレオ・ガリレイ

question: 望遠鏡を使って水星を観測し、金星や月と同様に満ち欠けがあることを発見したイタリアの学者は誰ですか。
answers: text: ジョヴァンニ・ズッピ

question: 水星と金星が次に掩蔽を起こすのはいつなの?
answers: text: 2133年12月3日

context: このような観測の難しさから、水星の理解は他の惑星と比べて遅れた。1800年、ヨハン・シュレーターは水星表面の観察を行い、高さ20kmの山脈が存在すると主張した。フリードリヒ・ヴィルヘルム・ベッセルはシュレーターの観察結果から、自転時間を24時間、自転軸の傾斜が70度だという誤った見積もりを発表した。1880年代になって、ジョヴァンニ・スキアパレッリがより精確な惑星写像を取り、その結果から自転周期は88日であると示唆するとともに、公転も潮汐力から同期した状態にあると考えた。惑星写像への取り組みは引き続き行われ、1934年にはユジェーヌ・ミカエル・アントニアディが観測結果と地図を載せた本を出版した。そこには、数多いalbedofeaturesが反映され、「アントニアディ・マップ」と呼ばれた。
qas: question: 水星表面の観察を行い、高さ20kmの山脈が存在すると主張した学者の名前は何ですか。
answers: text: ヨハン・シュレーター

question: 「アントニアディ・マップ」と呼ばれる本はいつ出版されたか。
answers: text: 1934年

question: ジョヴァンニ・スキアパレッリは水星の自転周期は何日ですか。
answers: text: 88日

context: 1962年6月、ウラジーミル・コテルニコフ率いるソヴィエト連邦科学アカデミー情報通信研究所は、水星にレーダー信号を発信し反射を利用した観測を初めて行った。これはレーダーを利用した惑星観測の皮切りとなった。3年後に、アメリカのゴードン・ペッティンギルらがプエルトリコのアレシボ天文台300m径電波望遠鏡を用いた観測を行い、最終的に水星の自転周期が59日であることを突き止めた。水星の自転は公転と同期していると広く考えられていたため、この発見は驚きをもって受け止められた。同期していれば常に影となる半球は非常に冷たくなるはずだが、電波計測の結果は、予想よりもはるかに高い温度を示していた。それでも天文学者の中には風のような熱を分配する何かしら強力な機構を想定するなど、同期説を簡単には手放さない者もいた。

公転と自転の比率が1対1ではないと提言したのはイタリアの天文学者ジュゼッペ・コロンボであり、彼は公転が自転周期の2/3に相当すると述べた。この証明は、マリナー10号から得られたデータで裏づけされた。これは、スキアパレッリとアントニアディの地図が正しいことを示すとともに、他の天文学者が観察した水星表面は2パターンある公転・自転関係のひとつだけを見ていたわけではなく、観測手段が未発達だったために彼らが目にした太陽方向に向けられた表面の違いをさしあたり無視していたことを示した。
qas: question: 水星にレーダー信号を発信し反射を利用した観測を最初に行った研究所はどこですか。
answers: text: ソヴィエト連邦科学アカデミー情報通信研究所

question: アメリカのゴードン・ペッティンギルらは最終的に水星の自転周期が何日であることを突き止めたか。
answers: text: 59日

question: 水星の公転と自転の比率が1対1ではないと提言した学者の名前は何ですか。
answers: text: ジュゼッペ・コロンボ

context: 地球から水星に到達するためには高い技術的ハードルがある。水星の軌道は地球に比べて3倍も太陽に近いため、地球から打ち上げた宇宙機を水星重力に捕らえさせるためには、太陽の重力井戸を9100万km以上も下らなくてはならない。単純に、ホーマン遷移軌道によって遷移するとしても、ΔVが他の惑星探査よりも大きいことが問題となる。

着陸や安定な水星周回軌道投入を実現するためには、水星に大気が存在しないために空力ブレーキを用いることができず、宇宙機のエンジンに頼らざるを得ない。なお、単純に力学的な比較として、水星への旅で必要なΔVとしては太陽系脱出速度のためのそれより大きい。これらが、水星探査機の実現回数が少ない理由である。
qas: question: 水星と地球と、どっちの軌道の方がより太陽に近いですか。
answers: text: 水星

context: 水星に向けられた初の探査機は、1973年に打ち上げたアメリカ航空宇宙局(NASA)のマリナー10号であった。同機は1974年から1975年にかけて3回にわたって水星に接近した。写真撮影や表面温度の観測を行い、惑星表面の特徴的な地形を数多く知らしめた。しかし探査可能時間が短いことから惑星の夜の部分は撮影ができず、情報は全球の45%以下に止まった。

2004年8月3日、アメリカ航空宇宙局のメッセンジャーが打ち上げられ、地球、金星をスイングバイしながら水星へ向かって航行し、2008年1月には水星での最初のスイングバイを行った。2011年3月18日に水星の周回軌道に入った。その結果、クレーターの縁や中心に穴があること、太陽系の内側には水が、ほぼ存在しなかったこと、南北の磁場が非対称なので、水星内部には薄い液体核しかないことが推測できるという。2015年5月1日に水星表面に落下してそのミッションを終了した。
qas: question: 水星に向けられた最初の探査機は何ですか。
answers: text: マリナー10号

question: マリナー10号は1974年から1975年にかけて何回水星に接近しましか。
answers: text: 3回

question: 1974年から1975年にかけて3回にわたって水星に接近した探査機の名前は何ですか。
answers: text: マリナー10号

question: アメリカ航空宇宙局のメッセンジャーはいつ打ち上げられましたか。
answers: text: 2004年8月3日