スペクトルからわかる、土星と環の運動

スペクトルとは、1方向からの光を波長ごとに分解し、どの波長の光が弱いか、あるいは強いかを見ることができるものだ。

画像1枚目では、土星とその環の光にすばる望遠鏡の分光器のスリットを当てて取得したスペクトルが示されている。土星の光は基本的に太陽光が反射したものであり、スペクトルの縦方向に見える暗い線（暗線）は、光が太陽に含まれる物質を通過したときの痕跡だ。中央の太い暗線は、水素原子による吸収を示している。

土星本体のスペクトルの暗線が傾いているのが見えるが、これは土星の自転によるものだ。自転により地球から見て遠ざかっている側からの光は波長が長くなり、近づいている側からの光は波長が短くなる（注1）ことで、暗線が現れる箇所もずれてくる。ちょうど、ゴムひもに黒い印をつけて伸び縮みさせた状態のようなものだ。

このずれから、土星赤道付近の自転速度は毎秒約10kmということが計算できるが、この値は、すでに知られている赤道半径と自転周期から計算したものとよく一致している。

上下にあるのは環のスペクトルで、環の運動の様子をうかがい知ることができる。本体の傾きと呼応した上下のずれから、環が本体と同じ向きに回転していることがわかる。また、細いためややわかりづらいが、本体と反対方向の暗線の傾きが見られ、環の外側は内側よりもややゆっくりと回転していることがわかる。

出入国スタンプさながら？　土星と地球の痕跡も

画像2枚目は、土星本体のスペクトルをさらに詳しく見たものだ。上述した太陽のスペクトルよりも傾きが少ない土星表面のガス（メタンやアンモニアなどの分子）による吸収線、地球大気によるまっすぐな吸収線が見られる（注2）。

光が太陽から出発して土星に届き、そこで反射されて地球に至るまでの約30億kmという道のりの痕跡が、そのスペクトルにはすべて刻まれているというわけだ。

このように、高波長分解能観測による天体の光の分析は、天体の運動や大気での光の反射・吸収といったさまざまな情報を明らかにしてくれる。