土星の環は1cm〜10m程度の大きさの莫大な数の氷粒子でできていると考えられている。2006年、NASAの探査機「カッシーニ」がその環の中に、長いしずくのような2つの対称模様からなる小さなプロペラ状構造を発見した。典型的なものは数百mから数km程度の非常に小さなものだ。

この構造の形成機構を明らかにしようと多くの研究が進められているが、現在最も有力な説は「環の中に埋もれた小衛星によって作られる」というものである。

国立天文台の道越秀吾（みちこししゅうご）氏、小久保英一郎（こくぼえいいちろう）氏の研究チームは、環や小衛星の特性をより忠実に再現した大規模なコンピュータシミュレーションを行い、プロペラ構造の形成機構を調べた。

すると、中心にある小衛星の周囲にプロペラのような形をした穴が形成された（画像3枚目）。また、小衛星周囲の環に「ウェイク構造」と呼ばれる細かい縞模様ができている。これは環自身の重力によるもので、土星の環の高密度領域に存在すると考えられている。

さらに、プロペラが形成される条件を調べるためにさまざまな設定値でシミュレーションしたところ、周囲の環の質量が小さい場合はウェイク構造もプロペラ構造も形成されるが、周囲の環の質量が大きい場合はウェイク構造のみが見られプロペラ構造は形成されない、という結果が得られた。

ウェイク構造が現れるような、大量の粒子データを扱う大規模シミュレーションはこれまでの計算機では困難だったが、GRAPE-DRシステムによる1ヶ月におよぶ計算により、ウェイク構造が現れる実際の土星の環に近いと考えられる構造でのプロペラ構造形成条件を世界で初めて明らかにした。

研究チームでは、今後さらにシミュレーションを進めて、プロペラ構造の形や大きさと周囲の環の性質との関係を詳細に調べていくことを計画している。将来は惑星の環の起源についての研究も行いたいとのことだ。さらに、今回の検証内容は多数の微惑星（太陽系初期に存在した微小天体）から惑星が形成されていく過程とも共通していることから、惑星の環の研究を通じた惑星形成理論の検証にも発展させたいということである。