宇宙を30億キロ旅した光からわかること

土星とその環は、小型の望遠鏡で気軽に見ることができる天体です。

でも土星からくる光を詳しく分析すると、
光を発した太陽と反射した土星、さらに地球についての様々な情報を読み取ることができるんですねー

光を分光器によって波長ごとに分解したものがスペクトルです。
これにより、どの波長の光が強いのか、また弱いのかを見ることができます。

土星とその環の光に、“すばる望遠鏡”の分光器スリットを当てて取得したスペクトルが上図です。
（左側が短い波長、右側が長い波長になります。）

土星の光は基本的に太陽光が反射したもので、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なんですねー
中央の太い暗線は、水素原子による吸収を示しています。

土星本体のスペクトルの暗線が傾いているのは、土星の自転によるもので、
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ます。
そして、近づいている側からの光は波長が短くなることで、暗線が現れる箇所もずれてくるんですねー

このずれから、土星の赤道付近の自転速度が毎秒10キロだと計算できます。
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一致しています。

上下にあるのは、土星の環のスペクトルで、環の運動の様子を知ることができるんですねー

土星本体の傾きと呼応した上下のずれからは、環が本体と同じ向きに回転していることがわかります。
また、細かいところでは、本体と反対方向に暗線が傾いて見えます。
これは、環の外側は内側よりもややゆっくりと回転しているからなんですねー

上の画像は、土星本体のスペクトルをさらに詳しく見たものです。
太陽のスペクトルよりも傾きが少ない土星表面のガスによる吸収線や、地球大気によるまっすぐな吸収線が見られます。

光が太陽から出発して土星に届き、土星で反射されて地球に到着するまで…
約30億キロの道のりの痕跡が、スペクトルに全て刻まれているんですねー

天体からくる光を分析することで、天体の運動や大気での光の反射・吸収など様々なことがわかるんですね。