太陽系

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ファイル:Solar sys8.jpg
わかりやすく緊密配置で描かれた太陽系。実際の天体同士はとても離れている。天体直径比も圧縮され描かれている。

太陽系（たいようけい、英語：solar system、ラテン語: systema solareシュステーマ・ソーラーレ）とは、太陽および太陽の周囲を公転する天体と微粒子、さらに太陽活動が環境を決定する主要因となる空間から構成される領域をいう。

太陽は、銀河系では典型的な質量の主系列星、テンプレート:要出典

太陽の周囲を公転する天体には、現在確認されているだけで8個の惑星、5個の準惑星、多数の太陽系小天体がある。太陽系のうち、地球型惑星である火星が位置するまでの領域を内太陽系、それより外側の領域を外太陽系と呼称する場合がある。

太陽系小天体には小惑星、太陽系外縁天体（ただし外縁天体のうちの冥王星型天体は準惑星に含まれる）、彗星、惑星間塵などがある。惑星や準惑星、太陽系小天体にはその周囲を公転する衛星や環を持つものもある。

太陽系の位置・軌道

太陽は、約10万光年の直径を持つ銀河系（天の川銀河）と呼ばれる銀河を構成する、約2000億個の恒星の中の一つである。銀河系の中ではオリオン腕に位置する。

太陽系とは、太陽重力の影響によって構成される天体の集団のことであり、太陽はその中央に位置している。銀河系の中で太陽は典型的な恒星の一つであると考えられている。

太陽系は銀河系の中心から26100 ± 1600光年ほどの位置にあると考えられている。太陽系は240 ± 14km/sの速度で銀河系内を周回しており、約2億2600万年で銀河系内を1公転する。

太陽系に対する認識の変化

地球が宇宙の中心ではなく、他の惑星と同様に太陽の周りを公転しているという地動説が受け入れられるようになったのは16世紀から17世紀にかけてのことである。太陽系を構成する天体のうち、当時知られていたのは太陽と6個の惑星（水星、金星、地球、火星、木星、土星）、地球の衛星である月、そして木星の4個の衛星（ガリレオ衛星）のみだった。

それから300年ほどの間に、2個の惑星（天王星、海王星）、約20個の衛星、数百個の小惑星が発見された。天王星と海王星の軌道が計算と一致しないことから「惑星X」の存在が予想され、捜索が始まった。1930年に冥王星が発見され、第9番目の惑星とされたが、海王星の摂動を説明するには冥王星の質量が小さすぎる事（後に海王星自体の質量推定を間違えたための計算ミスであったと判明）から「惑星X」の捜索は尚も続けられた。

20世紀終盤からは海王星より外側のエッジワース・カイパーベルトと呼ばれる領域で、かつて想定されていた惑星Xほどではないが比較的大きな天体が続々と発見され始めた。冥王星もそれらの天体の一つであるという認識が学界で定説となってきたことから、逆に冥王星を惑星から除外すべきだという提案もされたが、1999年に国際天文学連合 (IAU) は歴史的な重みを考慮して、「惑星の地位から格下げは行わない」ことを発表した。この間、更に数十個の衛星、一万個以上の小惑星が発見され、エッジワース・カイパーベルトより外側に彗星の巣とも言うべきオールトの雲の存在が予想されるようになった。

21世紀に入ってから発見されたクワオワーやセドナなどは第10番惑星として報道された事もあるが、いずれも冥王星より小さかったり極端な楕円軌道だったりするため正式に惑星としては認められなかった。しかし2005年1月に至って、ついに冥王星より大きいエリス（仮符号：テンプレート:Mp）が発見された。

2006年8月24日のIAU総会で、惑星の定義を確定することが議題となった。当初の定義案ではケレス、カロン、テンプレート:Mpが新たに惑星とされる可能性があったが、反対意見が多かったことから定義案が改定され、これが採択された結果として冥王星が惑星という分類からはずれ、新しく定義された準惑星に含まれることとなった（詳細は惑星、冥王星を参照）。

日本学術会議は、2007年4月9日の対外報告（第一報告）において前年のIAU総会で決まった新たな分類の日本語名称を提言し、同6月21日の第二報告で新しい太陽系の全体像を示した（詳細は惑星#日本学術会議の対外報告を参照）。

太陽系の構成

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主要天体

太陽系の主要天体および小天体群
名前 直径 (km) 質量 (kg) 軌道傾斜角
（度） 		離心率[1] 軌道長半径
（au）（1）[1] 		表面重力
(m/s2) 		公転周期
（年） 		自転周期
（日） 		衛星
（個）
太陽 1,392,038 1.989テンプレート:E - - - 274 - 27.275（2） -
1 水星 4,879.4 3.302テンプレート:E 7.004 0.20563593 0.38709927 3.70 0.241 58.65 0
2 金星 12,103.6 4.869テンプレート:E 3.39471 0.00677672 0.72333566 8.87 0.615 243.0187（3） 0
3 地球 12,756.3 5.974テンプレート:E 0.00005 0.01671123 1.00000261 9.78 1.000 0.997271 1
4 火星 6,794.4 6.419テンプレート:E 1.85061 0.09339410 1.52371034 3.71 1.881 1.02595 2
小惑星帯（メインベルト）
（ケレスなどを含む） 		(0 - 35) (0 - 0.3) (1.8 - 4.2) - (2.41 - 8.61) - -
5 木星 142,984 1.899テンプレート:E 1.30530 0.04838624 5.20288700 24.79 11.86 0.4135 63（4）
6 土星 120,536 5.688テンプレート:E 2.48446 0.05386179 9.53667594 8.96 29.46 0.4264（2） 64（4）
7 天王星 51,118 8.683テンプレート:E 0.774 0.04725744 19.18916464 7.77 84.01 0.7181（3） 27
8 海王星 49,572 1.024テンプレート:E 1.76917 0.00859048 30.06992276 11.0 164.79 0.6712 13
エッジワース・カイパーベルト
（冥王星などを含む） 		(0 - 30) (0 - 0.4) (30 - 50) - (160 - 350) - -
散乱円盤
（エリスなどを含む） 		(0 - 180) (0.2 - 0.8) (50 - ) - (350 - ) - -
  • (1)：1 au = 149 597 870 700 m (定義値)
  • (2)：赤道での値
  • (3)：逆行
  • (4)：木星の衛星のうち1個、土星の衛星のうち3個は未確認
ファイル:Solar system scale-2.jpg
一番左が太陽。太陽から右に水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星の順に並ぶ

準惑星

テンプレート:太陽系の天体の分類

準惑星候補

太陽系小天体

衛星

名前があるもののみ

惑星の衛星

準惑星・小惑星の衛星

太陽系の果て

ファイル:Voyager 1 entering heliosheath region-ja.jpg
太陽圏（ヘリオスフィア）

かつては最も外側の惑星であるとされていた冥王星の軌道を太陽系の果てとみなすことが多かったが、外縁天体（エッジワース・カイパーベルト）の発見によってその考えは古いものとなった。

太陽から放出された粒子（太陽風）は、エッジワース・カイパーベルトの外側にある末端衝撃波面を越えると恒星間空間を満たす星間物質や宇宙線の抵抗によって減速し、やがて星間物質の一部となる。太陽風が到達する範囲を太陽圏（ヘリオスフィア）、その境界面をヘリオポーズと呼ぶ。太陽が銀河系の中を公転しているため、その進行方向ではヘリオポーズは太陽に近く、後方では遠くなる。ボイジャー1号は21世紀初頭に末端衝撃波面を通過し、2012年8月25日にヘリオポーズに到達した。

散乱円盤天体や長周期彗星の多くはヘリオポーズより外側まで達する軌道を周回している。オールトの雲は1万天文単位（約0.16光年）以上、太陽の重力圏の限界付近まで広がっていると予想されている。その距離はおおむね10万天文単位（約1.6光年）程度とされているが、もっと遠くまで広がっているという説もあり、その場合は太陽系と近隣恒星のオールト雲が重なっていることもありうる。

太陽系内に含まれる元素の割合

これは、太陽大気の元素組成とほぼ一致している。このことは太陽系の質量のほとんどが太陽であることから当然の結果である。

太陽系の起源と進化

ファイル:Solarnebula.jpg
原始太陽系の想像図

テンプレート:Main 太陽系の主要な天体（惑星、準惑星など、重力が太陽との主要な相互作用となる天体）は、太陽の誕生とほぼ時を同じくして形成された。太陽はありふれた恒星であるので、観測と理論により解き明かされてきた恒星の誕生過程を、太陽系の起源に当てはめることができる。

天の川銀河には、水素を主成分とし、岩石質や有機質の微小な塵（ダスト）（星間塵）を含む星間ガスがある。このような星間ガスがテンプレート:E個/cm3（以下、単位は同じ）を超える数密度となる場合を星間雲といい、内部で水素分子が形成されるようになる。通常、星間雲はごくゆっくりと回転している。星間雲は均質ではなく、密度の偏りがある。この偏りが大きくなって数密度がテンプレート:E個程度を超える部分ができることがあり、そうなると一酸化炭素、シアン化水素、アンモニアなどさまざまな分子が形成される。これを分子雲と呼ぶ。

分子雲に特に密度の高い領域ができると、それ自身の重力（自己重力）によってより濃密な分子雲となる。これを分子雲コアという。典型的な分子雲コアの質量は太陽質量の数倍である。星間雲は密度が低く、放射によって熱エネルギーを失うため、10 - 20K程度の極低温であるが、分子雲コアは密度上昇のため放射による熱エネルギーの散逸が抑えられ、温度がやや上昇して数10K程度となる。

何らかのゆらぎにより分子雲コアが収縮し始めると、ダストを含むガスが中心部に向かって落下する。分子雲コアの中心近くの物質は中心に集まって原始星となる。一方、分子雲コアは星間雲と同様に回転しているので、外側の物質は落下するにしたがって回転が速くなり、それ以上は速やかに落下できない限界に達する。ただし、回転軸方向には自由に落下できるので、結果として円盤状の高密度ガス雲ができる。原始星を取り巻くように形成されるこのようなガス雲を原始惑星系円盤という。太陽系の場合、特にこれを原始太陽系星雲（あるいは原始太陽系円盤）と呼ぶ。また、原始星を特に原始太陽という。なお、原始太陽系星雲という呼び方は、惑星形成が起こる領域を指す場合が多い。ここでもこの用法に従う。

原始太陽は、まだ熱核融合を始めていない。物質の落下に伴って重力エネルギーが解放され、これに由来する熱エネルギーを放射エネルギーとして放出して輝く。原始太陽には、原始太陽系円盤を通して物質が落ち込み続けるが、分子雲コアが一気に崩壊した時の勢いはなく、徐々に成長する。この頃の円盤内では対流が生じており、物質はかき回されている。温度は高いところで1,000Kを優に超える。ダストの一部または全部がいったん揮発すると考えられる。

やがて原始太陽の成長が一段落し原始太陽系円盤が落ち着くと、温度も下がりダストが形成され、さらにガスとダストの分離が始まる。ダストは原始太陽の重力により円盤の赤道面に向かって沈降を始めるのに対して、ガスはそれ自身の圧力によって支えられているために厚みを保つためである。以下では、原始太陽系星雲という用語を用いる。

こうして、原始太陽系星雲は二層に分離すると考えられる。ガス円盤とその中にある厚みの薄いダスト円盤である。ダスト円盤はやがて自己重力によって不安定になり、一気に分裂する。分裂塊はひとまとまりになって質量テンプレート:E - テンプレート:Ekg程度の微惑星となる。このような出来事が起きた時間は、地球軌道付近では1年程度と見積られている。微惑星の質量は、現在の典型的な小惑星や彗星の典型的な質量と調和的である。

微惑星はガス円盤中で原始太陽の周りを公転する。軌道は必ずしも円ではないので互いに衝突することがあるが、ガスの存在により相対速度が低く抑えられ、破壊されるより合体する傾向の方が強い。これを衝突合体というが、実質的には付着と言う方が近いであろう。このような衝突合体によって微惑星が成長することを集積という。数値シミュレーションによると、微惑星は全部が同等に成長するのではなく、少しでも他より大きくなったものが優位に立って、近い軌道の微惑星を取り込んでどんどん大きくなる。やがて、取り込むことができる周囲の微惑星がなくなると成長が止まる。このようにして、現在の小惑星帯よりも原始太陽に近い領域では、火星程度の質量の原始惑星が多数形成される。このような原始惑星は岩石質である。もっと遠い領域では、凝固点の高い物質が氷として存在し、岩石質のダストよりも総量で上回るので、微惑星も氷質となる。このような微惑星が集積してできる天体も、氷成分が卓越したものになる。小惑星帯よりも遠い領域では固体物質が多いために、集積した天体も大きく成長した。これを原始惑星コアと呼ぶ。

原始惑星や原始惑星コアの特徴は、周囲の星雲ガスをまとって大気ができることにある。 原始惑星コアは周囲の微惑星をなお取り込み、次第に成長する。時には原始惑星コア同士の衝突があったかもしれない。こうして地球質量の10倍程度まで成長すると、原始惑星コアの様相が一変する。原始惑星コアは、成長するにつれてまとう大気の量が増えていく。それがこの頃になると、大気をそれ自身の圧力で支えきれなくなり、大気そのものが惑星の材料として付け加わっていくようになるのである。巨大惑星のもとになる原始惑星の成長開始である。周囲には星雲ガスが大量にあるため、これが次々に付け加わり、周囲のガスがすべて落ち込むまでこの過程が続く。こうして、成長した原始惑星が木星や土星になったと考えられている。木星と土星の質量が異なるのは、土星形成の後期に、何らかの理由で星雲ガスが消失し、材料となるガスそのものがなくなったためであり、天王星、海王星が小質量にとどまったのも、この2つの惑星は星雲終末期にガスの取り込みが始まったため、あまり成長できずに終わったためであると考えられている。

星雲ガスの消失については、その機構は不明である。原始太陽で熱核融合が始まり、強い紫外線でガス分子が分解され恒星風で飛ばされたため、あるいは星雲ガスが中心星（原始太陽）に落ち込んだためなどと言われている。どのような機構であれ、現在の太陽系の姿になるには、星雲ガスが消失する必要がある。

地球のような固体惑星がいつ形成されたかについては、星雲ガスがある時か、消失後か、議論の余地がある。ここでは、星雲ガス消失後に形成されたというシナリオを紹介する。星雲ガスがなくなると、ガス抵抗がなくなるため、原始惑星の軌道が乱れるとその乱れを抑えるものがなくなる。すると、原始惑星は互いの重力相互作用により接近し、軌道が乱されるようになる。微惑星同士の衝突があったように、原始惑星同士も衝突するようになる。星雲ガスがないので衝突は激しいものになり、破壊も合体もいずれも起こるようになる。巨大衝突である。このような衝突の繰り返しで、金星、地球が形成されたと考えられる。水星と火星は原始惑星の生き残りか、成長がわずかであったものであろう。地球の月は、地球形成末期に起きた巨大衝突の産物であるとする説（ジャイアント・インパクト説）が有力である。

小惑星帯では、木星の重力に天体が振り回され、衝突の相対速度が上がり、原始惑星があっても破壊されてしまったと考えられる。実際に、小惑星帯からやってくると考えられる隕石の中には、ある程度の大きさの天体にならなければ起こらない物質の分離が見られるものがある。また、小さな小惑星の中には衝突によって破砕された天体の破片がゆるやかに再集積したものがあることもわかっている。

海王星以遠では、衝突合体によって微惑星が成長している途中で星雲ガスが失われ、相対速度を緩和するガスがなくなったため衝突速度が上がった。その結果、衝突合体が起こらず、惑星にまで成長するものがなかったと考えられている。これが太陽系外縁天体の起源である。

系外惑星

太陽がありふれた星であることから、他の恒星の周囲にも惑星があることが期待されていた。1990年代中盤以降、間接的手法により200を超える太陽系外の惑星（系外惑星）が発見されている。手法特有の観測限界によるところも大きいが、かつて考えられていた太陽系と同じような惑星系はなかなか発見できず、木星級ないしそれ以上の質量の惑星が、太陽系では考えられないくらい恒星の近くを回っている例（ホット・ジュピター）や長楕円軌道を巡る例（エキセントリック・プラネット）が多数発見されている。

これらの惑星はもともと木星や土星と同じような領域で形成されたが、木星クラスの巨大惑星が複数あったため互いの潮汐力のため短期間で軌道が不安定になり、あるものは弾き飛ばされ、残ったものも長楕円軌道や主星に極端に近い軌道を巡るようになったと考えられている。また、観測技術上の問題として、質量が大きく公転周期が短い惑星ほど主星の観測結果に与える影響が大きいので発見しやすいという現実がある。しかしながら、観測技術の向上に伴い地球の数十倍程度の質量の系外惑星も多く発見されており、また質量の小さい系外惑星ほど発見数が飛躍的に増加するという傾向もあり、今後の更なる発見が期待されている。

太陽系における主な最大値・最小値

直径

太陽からの距離

特異小惑星や外縁天体は惑星に比べて離心率が大きいため、何を基準にするかによって距離も変わってくる。

  • 近日点が最も太陽に近い彗星 SOHO彗星 (C/2007 M5) 約16万km
  • 近日点が最も太陽に近く、消滅しなかった彗星 Pereyra彗星 約76万km
  • 近日点が最も太陽に近い小惑星 テンプレート:Mpl 約1100万km
  • 最も太陽から近い惑星 水星 約5800万km
  • 軌道長半径が最も小さい小惑星 テンプレート:Mpl 約8200万km
  • 遠日点が最も太陽に近い小惑星 テンプレート:Mpl 約1億2000万km
  • 軌道長半径が最も小さい彗星 エンケ彗星 約3億3100万km
  • 近日点が最も太陽から遠い彗星 CINEOS彗星 約17億km
  • 最も太陽から遠い惑星 海王星 約45億km
  • 近日点が最も太陽から遠い小惑星 セドナ 約114億km
  • 最も太陽から遠くに位置している天体 エリス 約145億km（2007年現在）
  • 最も太陽から遠くに位置している人工物 ボイジャー1号 約187億km（2013年9月現在[2]）
  • 軌道長半径が最も大きい小惑星 テンプレート:Mpl 約1787億km
  • 遠日点が最も太陽から遠い小惑星 テンプレート:Mp 約3561億km
  • 軌道長半径が最も大きい彗星 陳・高彗星 約23兆km
  • 遠日点が最も太陽から遠い彗星 陳・高彗星 約47兆km
    • ただし、非周期彗星は摂動などの影響で軌道が変わりやすく、この軌道で回帰してくるとは限らない。回帰することがわかっている中では池谷・張彗星が最高で、軌道長半径は約77億km、遠日点が153億kmである。

表面重力

  • 最も表面重力の強い天体 太陽 地球のおよそ28倍
  • 最も表面重力の強い惑星 木星 地球のおよそ2.4倍
  • 最も表面重力の弱い惑星 水星 地球のおよそ0.2倍

自転・公転周期

  • 最も自転周期の短い惑星 木星 9時間55.5分
  • 最も自転周期の長い惑星 金星 243.0187日（逆行）
  • 最も自転周期の短い小惑星 テンプレート:Mpl 24.5862秒
  • 最も自転周期の長い小惑星 リッペルタ 68.375日
  • 最も公転周期の短い惑星 水星 87日23.3時間
  • 最も公転周期の長い惑星 海王星 164年288日13時間
  • 最も公転周期の短い準惑星 ケレス 4年219日
  • 最も公転周期の長い準惑星 エリス 約557年
  • 最も公転周期の短い小惑星 テンプレート:Mpl 148.11日
  • 最も公転周期の長い小惑星 テンプレート:Mpl 約4万1291年
  • 最も公転周期の短い周期彗星 エンケ彗星 3年110日
  • 最も公転周期の長い周期彗星 池谷・張彗星 約370年
  • 最も公転周期の短い衛星 メティス、ナイアド 7時間4分
    • 小惑星の衛星は含まない。
  • 最も公転周期の長い衛星 ネソ 25年243日（逆行）

平均軌道速度

  • 最も平均軌道速度の速い惑星 水星 47.8725 km/s
  • 最も平均軌道速度の遅い惑星 海王星 5.4778 km/s

時間の長さ

  • 「1年」の長さが「1日（太陽日）」と比較して最も短い惑星 水星 1日＝地球の176日、1年＝地球の88日
  • 「1年」の長さが「1日（太陽日）」と比較して最も長い惑星 海王星 1日＝地球の16時間、1年＝地球の164年288日

平均密度

  • 最も平均密度の高い惑星 地球 5.515g/cm3
  • 最も平均密度の低い惑星 土星 0.69g/cm3

衛星

  • 最も多くの衛星を持つ惑星（2014年現在） 木星 67個
  • 最も衛星が少ない惑星 地球 1個
  • 最も多くの衛星を持つ準惑星 冥王星 5個
  • 最も衛星が少ない準惑星 エリス 1個

峡谷・山

太陽系を扱った作品

テンプレート:Main

註

  1. ↑ 1.0 1.1 1800年～2050年の楕円軌道近似のケプラー要素(J2000分点)から。Keplerian Elements for Approximate Positions of the Major Planets(PDF)
  2. ↑ テンプレート:Cite web

関連文献

  • 『最新宇宙論と天文学を楽しむ本―太陽系の謎からインフレーション理論まで （PHP文庫）』佐藤 勝彦 監修
  • 『星の地図館 太陽系大地図 （STAR ATLAS 21 星の地図館）』渡部潤一　著
  • 『太陽系惑星』ジャイルズ スパロウ 著 桃井 緑美子 翻訳

関連項目

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外部リンク

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