＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊
Index　一章　二章　三章　四章　五章　六章　七章　八章　九章　十章

六章　木星

　この本では、主として望遠鏡、そしてそれをつくる人の立場から自然をみてきました。
　望遠鏡をつくる人たちは、長さ一・五キロのケーブルの長さを正しくそろえようとしたり、七〇〇個のスイッチを一秒に何百回も動かそうとしたり、ガラスを少しでもきれいにみがこうとしたり、「宇宙」とは関係のなさそうな地上のゴタゴタ仕事ではいずりまわっているようにみえます。
　しかしそこには、ヘイルの場合も、ワイルドの場合も、そして私のような中くらいの天文学者の場合も、自然の「新しい扉」を開くという相言葉に導かれています。
　自然に対する驚きが、原動力となり指導原理となっているのです。
　この章では、ちょっと立場を変えて、自然の側から望遠鏡というものを考えてみましょう。
　その材料として木星を選びました。
　太陽系でもっとも大きいこの惑星は、西洋では天界を司（つかさど）る大神ジュピターになぞらえています。
　一六〇〇年頃、ガリレオが初めて望遠鏡でこの惑星をみて、その周りにまわる四個の衛星を発見しています。
　ガリレオはこの時、これこそ地動説の動かぬ証拠と大変喜んだと伝えられていますが、それにもまして、ここに一つの新しい宇宙をみいだした驚きはどんなに大きかったことでしょう。

　1  木星の運動 top

　木星は、地球と同じように、太陽の周りをまわっています。
　この軌道を調べるには、たった一回の観測ではだめです。
　木星が動かない場合を考えてみましょう。
　そうすると、地球が太陽の周りをまわって位置をかえる間に、二つの位置から木星の方向をはかれば、前にお話ししたような三角形がきまって、木屋の位置がわかるわけです。
　実際には、木星は動いていますから、そうはいきません。
　しかし、木星の動きは、太陽の引力に支配されているので、太陽からの距離に応じてきまっています。
　ですから距離がわかれば、木星が動いても二回の観測で木星の位置を求めることができ、その運動がきめられます。
　さらにもっとくわしくは、木星の軌道は円ではなくて長円になっているので、三回の観測を必要としますが、基本は同じことです。

　2  木星の大きさと重さ top

木星のみかけの大きさと距離がわかれば、木星の実際の大きさがわかります。 　それは直径七万キロ、地球の約十一倍です。太陽と地球と木星の大きさの比較を図に示しておきました。 　木星の重さは、木星の周りをまわる衛星の運動を調べてはかります。つまり、衛星を引っぱっている木星の引力の強さを測るわけです。 　こうしてはかった木星の重さは、地球の約三〇〇倍、太陽の約一〇〇〇分の一です。 　このくらい重いと、火星や土星など他の惑星の運動に影響をあたえます。

　他の惑星でも衛星をもった惑星は、重さが正確にはかれます。
　金星のような、衛星をもっていない惑星の重さは、たとえば水星や地球など近くの惑星におよぼす引力で測らなければならないので、不正確になります。
　最近では、ソ連やアメリカの打ち上げたロケット（金星6号やマリナーなど）が、金星の近くにいるときの運動から非常に正確にわかるようになりました。

　3  木星には濃い大気がある top

　ところが、私たちが実際にみている木星の体積は、直径が地球の一一倍だから、一一の三乗で約一三〇〇倍となっています。
　地球の約三〇〇倍の「本体」の周りを、約一〇〇〇倍の大気が包んで、私たちのみる木星となっていると考えでよいでしょう。
　ずいぶん厚い大気ですね。地球では大気の厚さは「本体」の数百分の一にしかすぎません。
　実際には、「濃い大気」の重さがあるので、本体はもっと小さいと考えられます。
　そのうえ、地球の三〇〇倍もの重さなので、中心部はうんと圧縮されて、重たくなっているでしょう。
　それまで考えると、本体はもっと小さいはずになりますね。
　木星の位置をはかったり、衛星の運動を測ったりした結果から、このように木星の大気のことまで、わかってくるわけですね。
　大気の温度はどうでしょう。
　太陽から木星までの距離がわかっているのだから、木星にふりそそぐ太陽の光の強さはわかります。
　そのうち木星が反射してしまう分は、木星の明るさを調べればよいので簡単です。
　残りの部分が、木星が太陽からもらう熱量です。
　結局は、この熱が全部木星の表面からでていきます。
　そうでなければ、木星にいくらでも熱がたまってしまうでしょう。
　「表面からどれだけの熱がにげるか」というのが温度ですから、この関係から木屋の温度を求めることができます。
　木星が明るければ明るいほど、木星の温度は低いというわけです。

地球についても同じように計算することができます。 　そうやって計算すると、おもしろいことに、地球の温度は零下何十度という温度になってしまいます。 　実際はもっと高いですね。これは地球の大気のいたずらなのです。 　地球から出ていく熱は、大体赤外線で出ていきます。 　赤外線は空気の中を通りぬけられないので、大気のうんと高いところから出た赤外線が地球から熱をはこび去る役をします。 　つまり、計算した零下何十度という温度は成層圏の温度を表しているわけです。 　太陽からの熱示地面にあたえられて、地表近くの空気を暖め、その空気が成層圏を暖め、そして成層圏から赤外線として熱が外にもち去られるのです。 　成層圏を暖めるために、地表の温度はその分だけあがっているというわけです。

　木星は、大気が濃いために多少はようすが違いますが、同じようなことになっているのは間違いありません。
　赤外線の強さから温度をはかると、大体計算と合う零下一三〇度くらいの温度になります。
　ところが、電波は多少の大気なら通ってしまうので、大気の下の方からの電波がみえるはずです。
　つまり、電波の強さから温度をはかれば、大気の下の方の暖かいところの温度がわかるはずです。
　一九五八年、アメリカのスローネーカーたちが電波望遠鏡を木星に向けて、驚くべきことを発見したのです。
　電波の強さは、一三〇度より高いどころか、何十万度という温度に相当していたのです。

　4  木星の外と中 top

　話は数年さかのぼります。アメリカのパークは、波長一五メートルで、牡牛座のカニ星雲を観測していました。
　ところが、どうも妙な電波に悩まされるのです。
　その晩も、このスパーク電波のために、観測がだめになって、帰りに空を仰ぐと、木星が明るく輝いていました。
　もしかしたら木星かもしれないと、冗談半分にこのスパーク電波のでる時刻を毎日グラフに表わしてみると、驚くことには、木星の動きとピッタリと一致するでぱありませんか。
　これが木星からの電波が初めて観測されたいきさつです。
　この電波は、たぶん、木星のカミナリのようなものと考えられていました。
　木星が約九時間で一回転するのにつれて、この電波がでたりひっこんだりするので、木星の上でどのあたりということもわかってきました。
　といっても、木星の縞模様の回転は大気の回転で、本体はどんな回転をしているのかわからないわけです。
　そこにもってきて、今度は波長三〇センチで何十万度という強い電波の発見です。
　この電波が、波長が長いほど強い、いわゆる「非熱的」電波であることがわかるまでには、あんまり時間はかかりませんでした。
　非熱的電波というのは、太陽のバーストや爆発したあとの星雲などからでる電波と同じで、光の速度に近いような高速で運動する電子が、磁界の中でだす電波などで代表される、はげしい現象をともなってでる電波です。
　ちょうどその頃、地球でも人工衛星を使って、地球のうんと外の方に「放射線帯」のあることがわかったころです。
　「木星にも放射線帯があるのではないか」と世界中が色めきたちました。
　「放射線帯だったら、電波の広がりが木星本体よりも大きいはずだ」と考えた人たちは、干渉計を使って電波源の広がりを測りました。
　私の友だち、オーストラリアのコメサロフは「放射線帯からの電波だったら、波の振動が磁界と直角の方向になるはずだ」と考えて、電波の振動の偏りを測りました。
　どちらも大変見事な結果をだし、木星の放射線帯説ははっきりと裏付けされました。

ここでは、友人コメサロフ氏の肩をもって、電波の偏りのお話をしましょう。 　彼は、当時世界一の電波望遠鏡、オーストラリアのパークスの直径六四メートルの電波望遠鏡をもつ電波物理研究所の一員です。 　彼は電波の振動の偏り（まえにもでてきましたが、偏波といいます）を測りながら、それがときによって変化することに気がつきました。 　よく調べてみると、振動の方向は、約九時間の周期で、角度にして九度ほどあっちへこっちへ傾くのです。 　コメサロフは先輩ので、パーツ（ダイナミック・スペクトルでワイルドのよき協力者だった人。ちなみに、コメサロフはワイルドが干渉計をつくったときに手伝って、ずいぶんよい仕事をしました）と相談して、その原因を考えましたが、結局、「木星の磁極が九度傾いているに違いない」という結論に達しました。 　地球でも磁極が地軸から約五度ばかり傾いていますね。

　地球の磁界の原因は、なかなかむずかしいのですが、中心部が高温でとけていて、そこでおこる流動の結果生ずる電流と磁界が作用し、ちょうど発電機のようなからくりができておこるのだ、と考えられています。
　木星では、本体もずっと大きいので中心部の温度も高く、とけている部分も大きいと考えられます。
　つまり流動も活発で、それだけ強力な磁界があっても、ふしぎはないというわけです。
　さて、コメサロフは、この磁界の傾きをさらにくわしく調べて、九時間という周期が、前にお話ししたカミナリのような電波の見えたり隠れたりする周期と全く一致することをみいだしました。
　表面の縞模様の回転は、赤道の近くでは速く、極の方ではおそくなっています。
　これは大気の運動の結果で、木星本体の回転をあらわすものではありません。
　磁極の方は、中心部に原因があるので、その回転は、本体の回転ということになります。
　電波で、光ではみえないくらい外側の方をみながら、結局は、一番中心部の現象をみているというのも、おもしろいではありませんか。
　カミナリの方の回転が、本体と一致するということも大変重要なことです。
　これについては、アメリカのウォーリックがおもしろいことをみつけました。
　彼は、木星の電波のダイナミック・スペクトルを観測しました。そうすると、電波のでかたが、木星の回転につれて、長い波長から短い波長に移り、また長い方に戻ってくるのです。
　少々めんどくさい理論を使うと、この現象は、木星本体の表面近くで何かがおこり、磁力線にそってそれが伝わって行く、その振動によって電波が出ると考えると、わりあいうまく説明できるようです。

　5  イオの尾 top

　ところがもう一つ、おかしなことがみつかりました。
　このカミナリの電波が、もう一つ、木星の衛星、イオの位置によって出たり出なかったりするのです。
　衛星イオといえば、木星の一〇万分の四の重さしかなく、木星本体に対する影響は、非常に小さいといわなければなりません。
　（月の地球に対する影響は、潮の干満などいろいろありますが）木星の外の方、放射線帯に対しても直径約三千キロのイオが通りぬけても、ほとんど影響らしい影響があろうとは考えられません。
　イオが地球や木星のように、磁極をもっていれば、というのが一つの可能性です。
　しかし、イオのように小さい天体が、内部に高温のとけた核をもっているとは考えられません。
　イオがもし、太陽からの放射線を受けて、彗星のように、尾をもっていたらどうでしょう。
　これが放射線帯にあたって、何かの影響は出ないでしょうか。
　まだまだ謎は深くなるばかりです。

　6  木星の研究これから top

　地上から光や電波で木星を調べるのは、なんとなく一段落したようです。
　カミナリの電波がもっとうまく調べられるとか、電波でアンモニアなどのスペクトルが調べられるとか、まだまだ仕事はたくさんありますが、もう一つ、これからの方向としては、赤外線で大気のスペクトルを調べたり、紫外線で大気のうんと上の方のことを調べたりするのが重要です。
　これらの観測は、地上から空気を通してやったのではだめで、どうしても、気球やロケットを使って、大気の上まで行ってやらなければなりません。
　ロケットや気球からの観測は、これからうんとさかんに行われて、いろいろなことがわかってくるでしょう。
　さらに、木星の近くまで探測機を飛ばせると、磁界や放射線の強さがわかってくるでしょう。
　いろいろな望遠鏡で、宇宙の扉がだんだんに開かれてくるのです。