1610年、ガリレオ・ガリレイは、じぶんで 作った ぼうえんきょうで 土星を 見ました。すると 土星の 両がわに、まるい ふくらみの ような ものが 見えました［1］。

ガリレオは、これを 手がみに「土星には 耳が ある」と 書きのこしました。でも その ぼうえんきょうの せいのうでは、それが「わっか」だとは わかりませんでした［1］。

1610年、ガリレオ・ガリレイは、自分で作った望遠鏡で土星を見ました。すると土星の両側に、丸いふくらみのようなものが見えました［1］。

ガリレオは、これを手紙に「土星には耳がある」と書きのこしました。でもその望遠鏡の性能では、それが「リング」だとは分かりませんでした［1］。

望遠鏡を初めて土星に向けた人は、そこに何を見たのか。ガリレオ・ガリレイは1610年、自作の望遠鏡で土星を観測し、両側に付随する奇妙なふくらみに気づいた。トスカーナ大公への手紙には「土星は1つではなく、3つからなっている」「土星には耳がある」と記している［1］。

では、なぜ「環」と見抜けなかったのか。当時の望遠鏡は解像度が低く、環という細く平たい構造を、環として認識することができなかったからだ［1］。

1655年、オランダの クリスティアーン・ホイヘンスと いう 人が、ガリレオより せいのうの よい ぼうえんきょうで 土星を 見ました［2］。

すると、土星の「耳」の しょうたいが、土星を ぐるっと とりかこむ「わっか」だと わかりました。ガリレオの はつ見から、45年も あとの ことでした［2］。

1655年、オランダのクリスティアーン・ホイヘンスという人が、ガリレオより性能のよい望遠鏡で土星を見ました［2］。

すると、土星の「耳」の正体が、土星をぐるっと取りかこむ「リング」だと分かりました。ガリレオの発見から、45年もあとのことでした［2］。

ガリレオが見抜けなかった謎に、答えを出したのは誰か。オランダの天文学者クリスティアーン・ホイヘンスは、ガリレオの望遠鏡よりも高性能な望遠鏡を用いて土星を観測し、土星を取り巻く薄く平らな環の存在を確認した。1655年のことである［2］。

ここに至るまで、45年かかった。その間、土星の「耳」は天文学者たちを悩ませる謎だった。ホイヘンスの確認によって、土星は「環を持つ惑星」として知られるようになった［2］。

土星の わっかは、こおりの つぶが、たくさん あつまって できて います。つぶの 大きさは、小さい ものは 1センチ、大きい ものは 10メートルほども あります［3］。

わっかの はばは、6万キロメートルいじょうも あります。日本の はしから はしまでの 長さの、20ばいいじょうにも なる ほどです。でも あつさは、うすい ところで、たった 10メートルしか ありません。とても 大きいのに、とても うすい、まるで 大きな 紙の ような ものです(ただし ほんとうは 紙では なく、こおりの つぶの あつまりです)［3］。

土星のリングは、氷のつぶが、たくさん集まってできています。つぶの大きさは、小さいものは1センチ、大きいものは10メートルほどもあります［3］。

リングは、土星から外側へ6万キロメートル以上も広がっています。でも厚さは、薄いところで、たった10メートルしかありません。とても大きいのに、とても薄い、まるで大きな紙のようなものです(ただし本当は紙ではなく、氷のつぶの集まりです)［3］。

ホイヘンスが見つけた環は、いったい何でできているのか。土星の主要な環は、そのほとんどが水の氷でできており、わずかにソリンやケイ酸塩などの不純物を含むとされる。構成する粒子の大きさは砂粒よりも小さいものから、山ほどの大きさのものまで幅がある［3］。

では、その大きさはどれくらいか。密度の濃いメインリングは幅6万キロメートル以上に及ぶが、厚さはおおむね約10メートルほどしかない。惑星のスケールで見れば、紙よりもさらに薄い構造だ［3］。

2017年、土星を しらべて いた たんさき「カッシーニ」は、さいごの にんむとして、土星の 本たいと わっかの あいだの、せまい すき間を なんども とおりぬけました［4］。

この きけんな ひこうで、カッシーニは わっかの おもさを、これまでより くわしく はかる ことに せいこうしました［4］。

2017年、土星を調べていた探査機「カッシーニ」は、最後の任務として、土星の本体とリングのあいだの、せまいすき間を何度も通り抜けました［4］。

この危険な飛行で、カッシーニはリングの重さを、これまでより詳しく測ることに成功しました［4］。

この氷の環を、ごく近くから調べた探査機がある。2017年、土星探査機カッシーニは、ミッションの最終段階「グランドフィナーレ」として、土星本体と環の間のすき間を22回にわたって通過する軌道に投入された。この間、リングとの間には予想よりはるかに塵が少ないことも判明した［4］。

その飛行で、何が分かったのか。研究チームは、この接近飛行とボイジャー探査機の過去のデータをあわせて解析し、これまでより高い精度で環の質量を見積もった。環の質量は、その年齢を推定する重要な手がかりになる［4］。

土星の 本たいは、46おく年も 前に できたと されて います。でも カッシーニの けいさんでは、わっかは、それよりも ずっと あとに できた らしいのです［5］。

わっかが できたのは、1おく年から 4おく年ほど 前だと かんがえられて います。土星の れきしから 見れば、わっかは「さいきん」 生まれた ものなのです。ただし、これには べつの かんがえも あり、けんきゅうは まだ つづいて います［5］。

土星の本体は、46億年も前にできたとされています。でもカッシーニの計算では、リングは、それよりもずっとあとにできたようです［5］。

リングができたのは、1億年から4億年ほど前だと考えられています。土星の歴史から見れば、リングは「最近」生まれたものなのです。ただし、これには別の考えもあり、研究はまだ続いています［5］。

環は、土星と同じくらい古いのだろうか。土星本体は、太陽系が誕生した約46億年前とほぼ同時期に形成されたと考えられている。ところが、カッシーニによる精密な質量測定をもとにしたモデルでは、環が汚れの少なさから推定される「曝露年齢」は、およそ1億年から4億年以内という値が示された［5］。

この値は、従来考えられていた「環は土星と同時に生まれた」という説を覆すような発見として注目を集めた。一方で、2024年には、環が汚れにくい性質を持つとして、土星と同時期の約46億年前から存在する可能性を示す研究も発表されており、環の年齢は今も研究者の間で議論が続いている。仮に「1億年から4億年前」という推定に立つなら、土星の46億年の歴史を1年に例えたとき、環が誕生したのは大晦日の1週間からひと月ほど前の出来事に相当する［5］。

わっかが、どうやって できたのかは、まだ はっきりとは わかって いません。でも ゆうりょくな かんがえの 1つは、こんな ものです［6］。

むかし、土星の まわりを まわって いた こおりの えい星(月のような 天体)が、土星に 近づきすぎて、土星の 力で こなごなに こわれて しまいました。こわれた かけらは、土星の まわりを まわりながら、わっかに なったと いう せつです［6］。

リングが、どうやってできたのかは、まだはっきりとは分かっていません。でも有力な考えの1つは、こんなものです［6］。

昔、土星のまわりを回っていた氷の衛星(月のような天体)が、土星に近づきすぎて、土星に引っぱられる力の差でこなごなにこわれてしまいました。土星は、衛星の近い側を遠い側より強く引っぱります。その力の差で衛星がこわれ、かけらが土星のまわりを回ってリングになったという説です［6］。

では、そんなに新しい環は、どうやってできたのか。手がかりは、惑星の近くには「ロシュ限界」と呼ばれる境目があることだ。衛星がこの内側に入ると、衛星の近い側と遠い側を惑星が引っぱる力の差(潮汐力)が、衛星をまとまりにしている重力より大きくなり、砕けることがある。土星のリングは、このロシュ限界の内側に位置している［6］。

では、何が衛星をその内側に運んだのか。提案されている説の一つでは、直径400〜600キロメートルほどの、衛星ミマスより大きな氷衛星が、彗星や小惑星の衝突などをきっかけにロシュ限界の内側へと軌道を変え、砕け散った破片がリングを形成したとされる。もう一つには、土星が誕生したときの残存物質からリングができたとする説もあり、どちらが正しいかはまだ決着していない［6］。

そうがんきょうや 小さな ぼうえんきょうが あれば、よる空に、黄色っぽい 星のように 見える 土星を さがせます。ぼうえんきょうで 見ると、まわりの わっかまで 見える ことが あります。じつは この わっか、地球から 見て、まっすぐ よこ向きに なる 年が あり、その ときは ほとんど 見えなく なります。

双眼鏡や小さな望遠鏡があれば、夜空に、黄色っぽい星のように見える土星をさがせます。望遠鏡で見ると、まわりのリングまで見えることがあります。実はこのリング、地球から見て、まっすぐ横向きになる年があり、そのときはほとんど見えなくなります。

地球から見た土星のリングの傾きは約29.5年周期で変化する。1周期のうちに2回、約15年に一度はリングがほぼ真横を向いて、地球からはほとんど見えなくなる時期もあり、天体望遠鏡で観察すると、そのときどきの見え方の違いがよく分かる。