天王星はなぜ横倒し？

地球の自転軸は、約23.4度傾いています。このわずかな傾きのおかげで、日本には春夏秋冬があります。火星は約25度、土星は約27度。多くの惑星は、少し首をかしげながらも、おおむね「立った」姿勢でこまのように回っています。

ところが、太陽から7番目の惑星、天王星だけは事情がまるで違います。自転軸の傾きは約98度。ほとんど真横に寝転がった姿勢のまま、太陽のまわりを回っているのです。

寝転がって回る惑星

天王星は、1781年3月13日にイギリスの天文学者ウィリアム・ハーシェルが発見しました。望遠鏡によって見つかった初めての惑星で、ハーシェル自身は当初、彗星だと考えていたといいます。

直径は地球の約4倍。太陽から遠く離れているため、太陽のまわりを1周するのに約84年かかります。自転はおよそ17時間で1回転しますが、その軸が横倒しなので、天王星はこまというより、ボールが転がるようにして公転していることになります。また、傾きが90度を超えているため、自転の向きは地球をはじめとする多くの惑星とは逆向きとして扱われます。

42年続く昼と夜

自転軸がこれほど傾いていると、季節はとてつもなく極端になります。

公転のある時期には、北極がほぼまっすぐ太陽のほうを向きます。そのあいだ北半球の高緯度地方では、何年も太陽が沈みません。反対に南半球の高緯度地方は、長い長い夜に閉ざされます。公転が半周進むと立場が入れかわり、今度は南極が太陽を向くのです。

その結果、極地方ではおよそ42年にわたって昼が続き、そのあと42年にわたって夜が続くことになります。人間でいえば、生まれてから中年になるまで、一度も日没を見ないという計算です。

1986年1月、探査機ボイジャー2号が人類で初めて、そして今のところ唯一、天王星のそばを通過しました。そのときはちょうど、南極がほぼ太陽を向いている時期でした。その後、太陽が赤道の真上を照らす「春分」が2007年に訪れ、北極が太陽をもっとも向く時期は2028年ごろにやってきます。

犯人は巨大衝突？

では、天王星はなぜ横倒しになったのでしょうか。もっとも有力とされているのは、太陽系ができて間もないころ、大きな原始惑星が天王星に衝突し、自転軸をなぎ倒したという説です。2018年には、イギリスのダラム大学の研究チームがスーパーコンピューターで50通り以上の衝突をシミュレーションし、地球の2倍ほどの質量をもつ天体がぶつかれば、今の傾きを説明できるという結果を発表しています。

ただ、この説にも弱点があります。天王星のまわりを回る衛星や環は、みな傾いた赤道の上をきちんと回っています。1回の激しい衝突だけでは、衛星たちの並び方や回る向きまでうまく説明するのが難しいという指摘があるのです。そこで、1回ではなく、何回かの衝突で少しずつ傾いていったとする説も唱えられています。また、すぐ外側を回る海王星の傾きは約28度と、ふつうの範囲に収まっています。同じような環境で育ったはずの兄弟惑星で、なぜ天王星だけがこうなったのかも謎のひとつです。

2022年には、パリ天文台の研究者らが、大きな衝突を必要としないシナリオを発表しました。かつて天王星には大きな衛星があり、それが少しずつ遠ざかっていくうちに、重力の「共鳴」によって天王星の自転軸をじわじわと傾けていった。そして最後には、軌道が不安定になったその衛星が天王星に落ちて失われた、というものです。

どの説が正しいのか、決着はまだついていません。天王星の探査計画も検討されていて、答えはいずれ、この寝転がった惑星自身が教えてくれるのかもしれません。