太陽系の力学と潮汐効果

f704 J-M サリアウ：太陽系の力学について（p3）
…太陽の表面が引き上げられている。したがって潮汐効果が生じ、その結果として散逸過程が発生する。その結果、軌道の摩耗が生じ、たとえ潮汐効果によって完全に円形化されたとしても、惑星の軌道は螺旋状になり、太陽へと徐々に近づき、最終的には太陽に溶け込んでしまう可能性がある。ただし、この現象の特徴的な時間スケールは非常に長大であり、現在まで正確に数値化されていない。

…一方、太陽の周りを回る天体とエネルギーを交換しないが、黄金比に従うような集合体が存在するように思われる。それは小惑星帯と、巨大惑星（土星、天王星、主にそれら）の環である。これらの環は中心天体に潮汐効果を生じさせない。ただし、土星の環は、いくつかの衛星が及ぼす作用を通じて間接的に土星に影響を受けている。土星の環を構成する要素は氷の塊であり、互いに対する「固有運動」はほとんどない。もし固有運動が顕著であれば、それらは2次元での運動では成立しない。土星の環は厚くなるだろう。また、これらの塊同士の衝突によって、彗星が地球に降り注ぎ、地球を住めない状態にすることになるだろう。

悲観的付記。

…環を構成する氷の塊の大きさは正確には分かっていないが、20キロメートル程度のものも存在するかもしれない。そのようなサイズの塊が、数十キロメートル毎秒の速度で地球の大気中に突入すれば、その衝撃波は塊が溶け始める前にも地球を一周するだろう。

図11：彗星が地球の大気に突入する様子。

…地表に衝突すると、塊は破片に砕ける。数百万トンの地殻や岩石が微細な粉塵に変換される。入射する衝撃波は反射する。その結果、高温の空気の泡が残る。入射衝撃波は、中心から外へと遠心的に広がり、その道筋をすべて破壊する。しかし、重要なのは「遅延効果」である。この高温の空気は軽いため上昇し、数百万トンの微粒子（マイクロサイズ）を運び上げる。これらの微粒子は落下速度が非常に小さいため、成層圏に1〜2年間留まる可能性がある。この粉塵の被膜が太陽放射を遮蔽する。

図12：彗星の夜。

…経度方向にまず広がり、その後緯度方向に広がる。気温の低下と光合成の停止によって、この遮蔽は多くの動植物の死を引き起こす。地球は、大小さまざまな彗星の衝突を受けている。20世紀初頭にはシベリアのトンガスクイアで、確かに彗星が落下した。目撃談：光の閃光、雷鳴のような音。現場では異常な破片は見つからなかったが、木々が倒れていた。その様子は以下の通りである。

図13（p019）：トンガスクイアの現場における木々。**。

…中心部に木が立ったまま残っている点は、物体そのものではなく、すでに数千の破片に分解された物体の前に進む衝撃波が地表に作用した結果である典型例である。

…広島でも同様の現象が起きた。地上に甚大な被害をもたらしたのは破片ではなく、衝撃波そのものだった。そのため、衝突点にあった建物は垂直方向の衝撃を受けたが、立ったままだった。周囲の建物はすべて倒壊した。

…トンガスクイアの衝突点にあったマツの木が、もし立ったまま残っていたならば、その通りに完全に「脱皮」されていたはずである。

…彗星というと、「汚れた雪」という言葉を思い浮かべることがある。実際、この凍った氷が、圧力によって硬い氷になるとは限らない。彗星は小さな天体であり、その内部の接着力や重力は非常に弱い。したがって、地球に到達する際の状態は、おそらく…数十キロメートル毎秒の速度で落下する、山ほどの大きさの「雪玉」であるかもしれない。しかし、そのような物体が硬いものかどうかは問題ではなく、非常に強い衝撃波が発生する。これは、入射段階でも、特に反射後の段階で、すべての運動エネルギーが熱に変換されるため、空気が極端に加熱されることを意味する。物体自体は構造を持たないが、そのエネルギーがもたらす過圧と熱衝撃が有害である。濃い大気中に突入する際に、衝撃波が形成される。空気との衝突が激しければ、彗星が大気と接触する瞬間は爆発と同等の効果を持つ。トンガスクイアで発生した衝撃波による被害の後、その後に起きたことは、おそらく「雹の降る雨」に似ていたかもしれない。

この悲観的付記はここで終了する。

土星の環は、「完全に緩和された」サブシステムの例であるように思われる。

…一方、海王星と冥王星のサブシステムは、非常に共振している（周期比が3/2に非常に近い）。これは散逸構造である。

…したがって、太陽系は「緩和された」サブ集合と、そうでないサブ集合を含む複合系である。共振するサブシステムは、ベナール渦やフォン・カーマンの渦列と同様の独自の安定性を持つ。

…私自身は、太陽系全体が、すべての要素が全体的（惑星）または局所的（土星・木星の衛星）な黄金比に従うような、最大限の緩和状態に向かう傾向があると考えている。そしてサリアウは、この仮説を数値シミュレーションによって検証する必要があると付け加えた。我々はそのシミュレーションを今後行う予定である。

ここで、長年にわたり太陽系の問題に強い関心を持つ妻クレアの考えが登場する。

• 太陽系の中に、黄金比に従う緩和されたサブ集合と、散逸構造に似た共振するサブ集合が存在するということは、未知の原因による摂動が発生した証拠である。そうでなければ、太陽系はほぼ完全に緩和された状態にあり、現在のような多くの異常は存在しないはずだ。その異常とは、以下のようなものである。

  • 地球が「より共振しない」軌道にあること。

  • 火星と木星の間にある小惑星帯の存在。

  • 水星の軌道の相対的に高い離心率。

  • 木星にはほとんど環がないが、土星や天王星には環があること。

  • 地球に金属核があり、強い地殻活動があること。

  • 冥王星の軌道傾斜（18°）と、天王星の自転軸傾斜（約90°）。

  • 土星・木星の一部の衛星が黄金比から大きく逸脱していること。

…したがって、太陽系はかつてより「穏やかな」状態にあった可能性がある。それが、重要な出来事によって乱されたのだと考えられる。より正確に言えば、クレアは、摂動が太陽系が形成中の若年期に発生したと考えている。その頃、星々は「落ち着き始めた」段階（軌道の円形化傾向、黄道面の形成）にあり、一部の要素がその現象の局所的な痕跡（異常）を保持し続けていると考えている。

…数年前、シューマッハ・レヴィ彗星が木星に衝突した。重要な点は、衝突の前、衛星によって記録されたことである（衝突は…）