質問: 熱を発していることが明らかになっている、17世紀にカッシーニが発見した木星の巨大な渦のことを何という?
回答: 大赤斑

タイトル: 大赤斑
大赤斑(だいせきはん、英: Great Red Spot)とは、木星に存在する高気圧性の巨大な渦である。

タイトル: 木星の大気
より確からしいのは、翌年のジョヴァンニ・カッシーニによる「永続的なスポット」との記述である。可視性の変動により、カッシーニのスポットは1665年から1713年まで観測された。1700年頃、ドナート・クレーティによって描かれ、バチカンに展示された絵画が、木星のスポットに関する小さな謎となっている。これは、様々なイタリアの風景の背景として拡大された天体が描かれた一連の作品の一つで、その全ての作品の監修を天文学者のユースタキオ・マンフレディが務めた。クレーティの絵画は、これまで知られている中で、大赤斑を初めて赤色に描いているが、19世紀末になるまで、木星上の構造が公式に赤色とされたことはなかった。現在の大赤斑は、1830年以降に初めて観測されたものであり、1879年に顕著になってから詳細に研究されるようになった。

タイトル: 金星
この現象は多くの人々の興味を引くこととなりさまざまな理論が提示され、金星最大の謎のひとつとされていたが、2020年に日本の金星探査機「あかつき」の観測データの分析より、この加速機構を担うのが「熱潮汐波」であることが明らかになった。南北の両極付近で巨大な渦が観測されている。北極の渦は1978年にアメリカ航空宇宙局(NASA)の探査機「パイオニア・ヴィーナス」によって、南極の渦は2006年にヨーロッパ宇宙機関(ESA)の探査機「ビーナス・エクスプレス」によって発見された。ビーナス・エクスプレスは南極の渦の観測を続け、2011年までにその詳細な構造を明らかにした。一見したところ、金星の大気物質と地球上の大気はまったくの別物である。しかし両者とも、かつてはほとんど同じような大気からなっていたとする以下の説がある。

タイトル: 大赤斑
地球の地表の望遠鏡からでも観測可能であり、ジョヴァンニ・カッシーニにより1665年に発見された。大きさは変動があり、大きいときでは 40,000 km × 14,000 km 程度と、おおよそ地球2、3個分の大きさがあったが、21世紀初頭時点では18,000 km × 12,000 km となっている。雲頂高度は周囲よりも8km程度高い。赤道より22°南に位置し、南極から見て反時計回り(西向き)に、周期6日程度で回転している。大赤斑の渦が、マーブリング(下記参照)の渦が発達してできたものであるのか、台風のようなものであるのか、あるいは下層に何らかの原因が存在しているのかなど、詳しい発生原因・構造は解明されていない。2017年には、大赤斑は巨大な熱源であることが報告された。

タイトル: 大赤斑
大赤斑の左側には色鮮やかな雲が複雑に絡み合い、波動現象を示している。大赤斑の下に見える白い楕円渦が地球の半径に相当するスケールである。ある程度望遠鏡の精度が向上した1665年に発見された。しかし、1664年5月にはイギリスの天文学者であるロバート・フックにより、木星の表面に渦が存在することが既に確認されている(なお、フックが観測した渦は赤道の北部に位置しており、南に位置する現在の大赤斑とは異なると考えられている)。1665年から1713年まで、および、1831年から現在までの間は断続的に観測されている。しかし、1714年から1830年までの間は観測されておらず、1665年に観測された大赤斑と現在の大赤斑は異なる可能性もある。

タイトル: 木星
これが対流細胞(convection cell)の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。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。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。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。この大赤斑は地球からも口径12センチ以上の望遠鏡があれば視認することができ、少なくとも1831年には確認され、さらにさかのぼる1665年には存在したと考えられる。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。

タイトル: 木星の大気
2012年現在で、地上での観測から、発生してから最低でも182年、恐らくは347年になる。この嵐は地球上の望遠鏡でも観測できるほど大きく、ハインリッヒ・シュワーベによって1831年に初めて記述されたが、恐らくはもっと早く、1665年から1713年の間にジョヴァンニ・カッシーニによって観測されている。1878年にCarr Walter Pritchettが開始して以来、継続的に観測、描写されている。大赤斑は、約6地球日(14木星日)の周期で反時計回りに回転している。直径は東西方向に24-40,000km、南北方向に12-14,000kmであり、地球が2、3個入る大きさである。2004年初め、大赤斑の経度方向の幅は、1世紀前の40,000kmと比べて約半分になった。

タイトル: 木星探査
その他の大気の観測の成果として、大赤斑に匹敵する大きさの暗い楕円の渦が木星の北極付近にあることが明らかとなった。赤外線画像は、自転方向の帯と反対方向の隣接する帯からなる極付近での循環の存在を明らかとした。同じ公表の中で、木星の環の存在についても言及された。環中の粒子によって散乱された光は、粒子の形が球形ではなく不規則で、木星の衛星、恐らくはメティスとアドラステアに衝突した流星塵による噴出物に由来することを示した。2000年12月19日、カッシーニは、ヒマリアの非常に低い解像度の画像を捉えたが、遠すぎて詳細な構造は見られなかった。太陽系外縁天体探査機であるニュー・ホライズンズは、冥王星への途上、木星でのフライバイを行なうために、1990年のユリシーズ以来の木星に向けて直接打ち上げられた探査機となった。

タイトル: カッシーニ (小惑星)
カッシーニ (24101 Cassini) は小惑星帯に位置する小惑星。アメリカ合衆国アリゾナ州のファウンテンヒルズ天文台で、アマチュア天文家チャールズ・W・ジュエルス (Charles W. Juels) が発見した。イタリア出身で、パリ天文台の初代台長となったジョヴァンニ・カッシーニから命名された。

タイトル: ジョヴァンニ・カッシーニ
ジョヴァンニ・ドメニコ・カッシーニ(伊: Giovanni Domenico Cassini、1625年6月8日 - 1712年9月14日)は、イタリア出身のフランスの天文学者。ジェノヴァ共和国のペリナルドで生まれ、1673年にフランスに帰化してジャン=ドミニク・カッシーニと名乗った。土星の4つの衛星を発見したほか、惑星観測で様々な功績を残している。1997年に打ち上げられたアメリカ航空宇宙局の土星探査機カッシーニ、月面のクレーターと火星のクレーターの名前が、彼にちなんで命名された。

タイトル: 木星の大気
実際に、深層流は、浅い部分の力(例えば水蒸気の対流)と、木星内部の熱を外に運ぶ惑星規模の対流のどちらにも由来しうる。このどちらの機構がより重要であるかは明らかになっていない。1966年から知られていたことであるが、木星は、太陽から受けるよりも多くの熱を放射している。木星から放出される熱と太陽から受ける熱の比は、1.67 ± 0.09と推定されている。木星の内部の熱流束は5.44 ± 0.43 W/mであるのに対し、合計の放射熱は335 ± 26ペタワットである。後者の値は、太陽から放射される熱の約10億分の1に相当する。この過剰な熱は、主に木星の形成の初期段階の熱であるが、一部はヘリウムの核への降下による熱である可能性がある。内部の熱は、木星の大気のダイナミクスに重要な役割を果たしている可能性がある。

タイトル: 木星の大気
このような渦巻きは、深さ数100kmを超えない比較的浅い構造であると考えられている。南半球に位置する大赤斑は、太陽系で既知の最も大きな渦巻きである。地球をいくつか飲み込むほどの大きさであり、少なくとも300年は存在し続けてきた。大赤斑の南にあるオーバルBAは、大赤斑の3分の1程度の赤い斑点で、2つの白いオーバルが融合して2000年に形成された。木星には、常に雷を伴う強力な嵐が吹いている。この嵐は大気中の水分の対流と、水の蒸発と凝縮の結果である。大気が強く上昇する場所では、明るく濃い雲が形成される。嵐は、主にベルトの領域で発生する。木星の雷は、地球のものよりも強力であるが、回数は少なく、平均的な雷の活動レベルは、地球と同程度である。

タイトル: ジョヴァンニ・カッシーニ
カッシーニは、25歳でボローニャ大学の天文学の教授となった。パンザノの天文台に1648年から1669年まで勤めた。1669年4月、ルイ14世の招聘を受けてパリに移住し、以後1712年に亡くなるまでパリに在住した。1671年9月14日にパリ天文台が完成すると天文台内の住居に移り住み、翌月10月25日には土星の衛星イアペトゥスを発見した。これは、タイタンに次いで2番目に発見された土星の衛星となった。1673年、新しい国になじむためジャン=ドミニク・カッシーニと名乗り、後にはこの名で呼ばれる方が多くなった。ロバート・フックによれば、1665年までに木星の大赤斑を発見した。また、土星の4つの衛星を発見し、カッシーニの間隙の発見者(1675年)、木星の大気の差動回転の発見者でもある。

タイトル: 木星
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。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。さらに木星の表面温度はマイナス140°C程度だが、これは太陽からの輻射熱だけで計算される マイナス186°Cよりも高い。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。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。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。

タイトル: ジョヴァンニ・カッシーニ
1672年、ギアナのカイエンヌにジャン・リシェを送り、パリでの観測結果との視差から地球と太陽間の距離を計測し、それを元に太陽系の大きさを計算する。またカッシーニは、ガリレオ・ガリレイの提唱による木星の衛星の食を利用する方法により、はじめて本格的な経度の計測に成功した。若い頃は天文学よりも占星術に興味を持っており、その頃学んだ占星術の知識が天文学への興味のきっかけとなったが、後に独力で天文学的な発見を多くしつつ、占星術を公然と批判するようになった。息子のジャック・カッシーニをはじめ、4代にわたってパリ天文台で観測を続け、孫のセザール=フランソワ・カッシーニは初代台長を務めた。

タイトル: カッシーニの間隙
カッシーニの間隙(カッシーニのかんげき)は、土星の環のうちA環とB環の間にある隙間のこと。カッシーニの空隙(カッシーニのくうげき)、カッシーニの隙間(カッシーニのすきま)ともいう。1675年にフランスの天文学者、ジョヴァンニ・カッシーニによって発見されたことからこの名がある。カッシーニの間隙は現在では、地球から見た土星の向きやシーイングなどの条件が良ければ市販の天体望遠鏡で観望できる。ボイジャー2号によって、カッシーニの間隙にもA環とB環に比べればごく少量であるが、環を構成する物質が公転していることが判明した。

タイトル: 木星
これらは地球の月以外では初めて発見された衛星で、今日ではガリレオ衛星と呼ばれるイオ・エウロパ・ガニメデ・カリストである。これは同時に、地球以外の天体力学の中心が初めて見つかった例でもあり、ニコラウス・コペルニクスの地動説を支持する有力な証拠とガリレオは主張したが、そのために彼は異端審問にかけられた。1660年代、ジョヴァンニ・カッシーニは新型の望遠鏡を用いて観測を行い、木星表面の斑や多彩な帯を発見した。さらに、惑星全体が極方向でつぶれた扁平状であることも視認した。これらの観察から、彼は木星の自転時間を計算し、1690年には大気が差動回転を起こしていることにも気づいた。南半球にある木星を特徴づける大赤斑は、1664年にロバート・フックが発見したとも、1665年にカッシーニが発見したとも言われる。その詳細は1831年に薬剤師でもあったハインリッヒ・シュワーベが初めて記録した。

タイトル: 木星探査
2004年2月、探査機は再び木星に接近した。この時は、惑星からの距離はもっと大きく、約2億4000万kmであったが、木星をさらに詳しく観測した。2000年、土星に向かう途上の土星探査機カッシーニは木星でフライバイを行い、それまでで最高の解像度の画像を撮影した。最接近は、2000年12月30日で、多くの科学的観測を行った。1ヶ月のフライバイの間に、約2万6000枚の画像が撮影され、観測可能な最も小さな構造物は直径60kmであった。2003年3月6日に、木星の大気が循環しているという、フライバイでの主な発見が公表された。木星の大気では、暗いベルトと明るいゾーンが交互に並び、淡い雲を持つゾーンは、かつては上昇気流が発生している場所であると考えられていた。しかし、カッシーニの画像の分析で、暗いベルトにも、地球からは見えない程度の大きさの明るい白い雲があることが明らかとなった。

タイトル: 木星の大気
より暗く規則的な形のものは、バルジとして知られる。小規模な低気圧に加え、木星にはいくつかの巨大で不規則なフィラメント状の低気圧と同様の回転をする構造もある。その1つが、南赤道ベルト内の大赤斑の西(波紋領域)に位置し、これらは低気圧地域(CR)と呼ばれる。低気圧は常にベルト内に存在し、互いに接近すると、高気圧と同様に融合する。渦の深層構造については完全に明らかになっていない。これらは500kmを超える厚さになると不安定になるため、比較的薄いと考えられている。大きな高気圧は、観測可能な雲からわずか数10km上空にまでしか広がっていないことが知られている。渦は深層の対流プリュームであるとする初期の説は、2008年現在、惑星科学者の大半には受け入れられていない。大赤斑は、南緯22°の地点にある永続性の高気圧嵐である。

タイトル: 木星
もっとも盛り上がっている箇所は周囲よりも8キロメートル程度高い。反時計回りに回転しており、6日間かけて1周する。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3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。その後この斑はさらに強大になり、その色も白から赤へと変化した。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、地球磁場の約2万倍に相当する。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。

タイトル: 惑星の定義
科学史家のトーマス・クーンは、『科学革命の構造』の中でこの科学革命について述べている。コペルニクスは『天球の回転について』の中で、遠回しに地球は単なる惑星に過ぎないと述べている。ガリレオ・ガリレイも『天文対話』の中で、「地球は、月やその他の惑星に劣らず、円運動をする天体の1つに数えられるものである」と同様の趣旨のことを間接的に述べている。1781年、天文学者ウィリアム・ハーシェルはおうし座の方角に彼が「彗星」と名付けた天体を観測している時、空に見つけにくい視差を発見した。高拡大率で見ても単なる光の点である恒星とは異なり、拡大率に応じてこの天体の大きさは拡大した。古代以来、地球以外の5つの惑星が宇宙であるという人類の共通認識があったため、ハーシェルはこの奇妙な天体が惑星であるという単純な考えには至らなかった。小惑星はまだ発見されておらず、彗星は望遠鏡で見える唯一の動く天体だった。

タイトル: ジャック・カッシーニ
1713年からフランスを南北に縦断するダンケルクと、ペルピニャン間と東西に横断する測量を行い、その結果を『地球の大きさと形状』(De la grandeur et de la figure de la terre、1720年)として発表した。測量結果と、当時支持者のあったデカルトの渦動説(星や惑星の自転や公転を流体の接触力から説明する説)からカッシーニは地球が南北に長い回転楕円体(長球)であるとした。ブーゲーら、ニュートンの理論から予想される南北に扁平な回転楕円体(扁球)であるとする人々と論争となり、後に1735年、科学アカデミーによってラップランド(トルネ谷)とペルーへ測量遠征隊が派遣され、実際に子午線弧長の測量が行われることになり、ニュートンの理論の正しいことが証明されることになった。

タイトル: 土星の環
1675年、ジョヴァンニ・カッシーニは、土星の環は複数の小さな環とその間の空隙から構成されていることを明らかにし、A環とB環の間にある幅4800キロメートル (km)の最大の空隙は後に、カッシーニの間隙と呼ばれるようになった。1787年、ピエール=シモン・ラプラスは、土星の環は、非常に多くの立体の小環からできていると提唱した。1859年、ジェームズ・クラーク・マクスウェルは、環がもし立体であれば不安定ですぐ壊れてしまうため、立体ではありえないということを示した。彼は、環は無数の小さな粒子から構成され、それぞれが独立して土星の周りを公転していると提唱した。マクスウェルの理論は、1895年にアレゲニー天文台のジェームズ・エドワード・キーラーによる環の分光学的観測で正しいことが証明された。2017年4月26日、「カッシーニ」が人類の探査機として初めて、土星本星と環の間を通過した。