41・なぜ天王星の自転軸が横向きなのか

天王星には現在27の衛星が確認されています。
近傍には15 あって、外から順に
15番目…オベロン、
14………ティタニア、
13………ウンブリエル、
12………アリエル、
11………ミランダ、これより内と外は小さいものばかりです。

これら15は すべて天王星の自転赤道面に添った 横倒しの方向で周回しています、しかもすべて天王星の自転と同じ左回りです。

巨大隕石に衝突されて天王星が98度傾くためには、２回の接触が必要であろうといいます。

そうであったととしても、15の衛星までもが赤道面に沿った公転に変化する理由は不明で、納得できる説明には至っていないそうです。

…

最初の原因は彗星なのではと思うのですが…でも衝突や接触ではありません。

彗星の軌道は実に雑多です、しかし黄道面に沿うものはもうありません。それらは先刻すべて惑星の衛星に取り込まれれてしまい、現在見られるのは黄道面とは大きな角度差を示す彗星ばかりです。

彗星は太陽を遠回りするものであれば尾を出しません。尾が出なければ彗星は痩せ細りません。尾が出ない 火星の公転半径以遠を回って遠方に帰る目立たない彗星も存在しているでしょう。

この彗星が太陽を周回する道筋と、天王星の公転軌道とが、直角交差するのであったなら、いつかきっと出会うことになります。

接近がぴたり一致すれば衝突ですが、僅かにズレていれば衛星になる可能性もあると思われます。

図の赤点線で示すような遭遇があったのでしょう。それは黄道の北極から８度傾いていたのでしょう。

　　　
太古の天王星は自転していなかったとします。しかし衛星は自分の周回方向と同じ方向に、天王星に自転の角速度を与えます。流体の外側から徐々に回り始めるでしょう。

衛星の引力が天王星の縁を引っ張っているのではありません。この「周回天体からの作用」については＜35・惑星の自転はなぜ左回り＞を御覧ください。

位置12番めのアリエルは軌道傾斜角が ０度ですから、きっと最初の衛星なのでしょう。

惑星軌道と直角に近い軌道の彗星とは、出会い自体が稀有なため衛星になるケースは大変に珍しい事に違いありません。

普通の出来事を言うのでであれば…大小の隕石や小天体はあらゆる方向から太陽に落ち込みますが、惑星の衛星に取り込まれるためには、黄道面の延長方向から落ちてくる場合だけです。

　　　

遭遇が太陽に近い位置であれば、落下速度は大きくなり惑星の周回速度も大きいため、惑星の公転方向直前の落下による過激な引力作用をもって取り込みが成り立つでしょう。＜「33・衛星の公転はなぜ左回り」を御覧ください＞ 下図にこちらは書き込んでいません。

太陽から遠い位置での遭遇であれば、両者の速度はゆっくりしています。引力作用の時間も多くあり、こちらでは惑星の後ろを通る落下が好条件となるのでしょう。こちらを図にしました。未来の衛星を青色で示しますす。

　　　
衛星の落下は、天王星にあわや衝突かの接近遭遇をもって公転軌道を斜めに横切ります。惑星に近づく角度(対法線)の大きいことも重要です。

接触から逃れた天王星は、引き続き衛星に引力作用を与え続けます。青の点線矢印で示しています。これにより、衛星の速度は周回する角速度に生まれ変わり、天王星とつり合います。

衛星の公転半径の違いは、通過位置の近遠と角度、さらに衛星が元から持っていた速度、などで決まるのでしょう。

太陽から遠い位置での前方落下は、引力作用の時間が長すぎて大抵は衝突か吸収という結果になるでしょう。

スイングバイという宇宙機の飛行方法がありますので、興味ある方は参考にしてください。
＜別窓※スイングバイ航法について＞

衛星誕生のためには、前方落下か、後方落下か、この境目は、土星と天王星の間あたりだと思われます。さらに遠方の海王星には唯一大きな衛星トリトンがありますが右回りです、後方から海王星に取り込まれています。

親惑星が自転すれば、特に流体の惑星であれば、自転により赤道辺りが膨らむため楕円の球に変形します。
天王星の直径は地球の4倍もありますが、自転時間は地球の24時間に対し17時間です。なぜ扁平するのかはこちらで＜36・扁平する惑星 しない太陽＞。

楕円の惑星に後から加わった衛星は、最初どんな公転軌道傾斜角度であっても、やがて自転惑星の最寄りの赤道面に移動してしまいます。

楕円の惑星においては、斜めから見ると重心の位置がズレているためです。＜37・土星の輪はなぜ薄いのか＞に詳しく書きましたので後で御覧ください。

後方から衛星に取り込まれた公転（青の線）は、最寄りの赤道面（90度以下の方）に修正されると、図の左側から見て左回りしています。

最初にアリエルが天王星に取り込まれる際、外、内、前、後ろ側のいずれであっても、上から、下からのどちらであっても、左回りとなれます。太陽を公転する際の反対側であれば済むことです。

新しい衛星によって、逆に天王星の自転のほうが修正されないのか？と思われるかもしれませんが、惑星がいったん自転すれば、大きな慣性力とジャイロ機能を有するので負けることはないでしょう。

13番めウンブリエル、14、15、はいずれも軌道傾斜角 0.1度です。アリエルの後に黄道面の延長上から参加した後、軌道角度が徐々に修正させられて 0.1度になったのでしょう。11番めミランダは今 4.3度ですから更にその後なのでしょう。

　　　２０１６．９．２５　

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