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木星や土星は自転速度が10時間足らずですが、どうしてそんなに自転速度が速いのですか?

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A 回答 (6件)

質問から4カ月も経っての投稿ですみませんが、何かのヒントになれば幸いです。



聞いた話しによると、昔、太陽系がチリとガスの集まりだったころ、中心からの距離に関わらず、どこも同じ公転周期で回っていました。
太陽と惑星という関係なら、太陽から離れるほど公転周期が長くなるのですが、チリやガスが分布している状態だと、外へ行くほど内側の質量が大きくなるので引力も大きくなり、内側と変わらない周期で公転します。

その中でチリやガスが集まって惑星ができていくと、その惑星の外側(太陽系の中心から遠い側)のほうが内側よりチリやガスのスピードが速いので、惑星は公転方向と同じ方向に自転します。このときは、自転周期=公転周期という状態なのですが、チリやガスが惑星の中心に向かって収縮するときに「角運動量保存の法則」(スケーターが腕をひろげてゆっくり回転していたのが、腕を縮めると回転が速くなるというやつ)が成立します。つまり、広い範囲からたくさんのチリやガスを集めた星は、より高速で回転することになります。その後、ほとんどの質量を太陽が持っていってしまい、惑星間のチリやガスがなくなって、公転周期は現在のようになったということです。

それでは「ほとんどの質量を持っていってしまった」太陽は、なぜ木星よりゆっくり自転しているのでしょう。それには「余分な運動量をジェットにして吹き飛ばす」という凄い話がありましたが、話しの出所がどこだったか...
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 全くの思考実験で、太陽系惑星の生成過程を考えてみます。


 太陽が生育する近くにあるガスは太陽になる基本的な大きな渦を形成し、そのまま原始太陽になります。その外側に乱流の基となる重力原因があれば、それが小さな渦を形成するでしょう。またその重力原因より小さな乱れでは、より長い時間をかけてやや大きな渦を形成する筈です。
 小さな渦は早い時期に密度の高い渦となり、その時点で周りの微少個体を集中することによる個体化が促進され、それが大きさの違いによって方向と速度両方ともランダムに衝突を繰り返すと考えられます。(すでに小さな渦特有の速度の幾分かは失う。)その後、内部からの膨張圧力と粘性による摩擦によって、自転速度は極度に落ちると考えられます。
 かたや、やや大きな渦は太陽自体の生育と同程度の進捗状況で成育し、惑星としても恒星としても不十分な状態のまま現在に至っているということではないでしょうか。
 
 実際の形成過程がこうである、と云うのではなくあくまでも結果からの推理です。極めて単純に可変要因を設定して、流体力学的単純モデルを作り、初期値を適当に与えれば、現在の太陽系に似た状態を計算できるのではないでしょうか。(実際の作業は大変だと思います。)
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自信がありませんが,私も太陽系創世の事情を引きずっているような気がします.


確かに,木星や土星は自転速度が速いですが,
驚くべきは金星ではないでしょうか.
自転と公転が逆方向の回転ですから.
自転周期も243日と異常に長いし....

全然回答になっていませんね.
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補足を拝見しました。

なんで遅いのもあるか、これは分からんです。
遅くていけない理由はないが、速いのはペナルティを取られる。そういう事情であろうと思います。
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 あの、潮汐力による説明がありましたが、確かに自転は遅くなっている・・・


地球は太陽より月の潮汐力が強いのですが?
 惑星の自転については、太陽系の成因と関係していて、それぞれが、独自の回転をしているのか、何か関連性があるのかは、はっきりした説がありません。そもそも、太陽系成因説がいくつもあって、どれも、確実だとはいえないですから。
 回答になっていませんが、潮汐力の説明だけでは「?」です。
地球型惑星と木星型惑星の違いです。とでも説明しておきましょうか。
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 水星・金星・月などをみると、トンでもなく自転が遅いです。

これは潮汐のせい。太陽(月の場合は地球)の近くにある天体は、潮汐のためにだんだん自転が遅くなっちゃいます。満ち潮引き潮だけではなく、大気も大地も盛り上がったり下がったりをやってまして、そのための内部摩擦で自転のエネルギーを消耗するんです。自転周期と公転周期が簡単な整数比に落ち着くのが準安定状態で、共鳴と言います。一番最後に落ち着くのは自転周期=公転周期の状態で、もはや潮汐によるエネルギー消耗はない。月がいつも地球の方を向いているのはこのためです。
 木星・土星など太陽から遠い惑星は強い潮汐力を受けていませんから「まだ遅くなっていない」んだと解釈して良いと思います。逆に余り自転が速すぎると、重力より遠心力が大きくなって千切れてしまいます。(火星は地球とほぼ同じ自転周期を持っていますが、何か訳があるのか偶然なのか、それは知りません。)
 地球は太陽の他に、例外的に大きい衛星=月から潮汐力を受けています。このため地球の自転周期は平均して毎日百万分の1秒づつ長くなっています。これを補正するために時計の時間に時々「うるう秒」が挿入されます。ちりも積もればで10年間で7秒追加されました。(もしうるう秒を全く入れないと約800年で半日ずれてしまう計算です。時計は深夜0時なのに太陽は南中している!)

この回答への補足

早速のご回答、ありがとうございました。
更なる疑問ですが、上記のお答えですと、潮汐の影響で自転速度が遅くなるということですよね?それなら、さらに遠い冥王星や海王星はなぜ自転速度が木星、土星より遅いのですか?申し訳ありませんが、もう一度ご教示いただけないでしょうか。よろしくお願いします。

補足日時:2001/02/19 12:39
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