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木星的衞星

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截至2023年2月，木星擁有95顆已確認的天然衞星，為太陽系中衞星系統第二大的行星。[1][2]當中最大的4顆，統稱伽利略衞星，由伽利略於1610年發現，這是首次發現（除了月球）不是圍繞太陽的天體。19世紀末起，越來越多更小型的木星衞星被發現，並命名為羅馬神話中的諸神之王朱庇特（或同等的宙斯）的各位情人、傾慕者和女兒。

木星及其四顆最大的衞星

木星的衞星之中有8顆屬於規則衞星，它們沿幾乎呈正圓的順行軌道公轉，軌道相對木星的赤道面傾斜度近乎零。4顆伽利略衞星的質量最大，足以形成近球體形狀。其餘4顆規則衞星的體積則小得多，軌道更接近木星，是木星環塵埃的主要來源。剩餘的87顆衞星都屬於不規則衞星，它們分別有順行和逆行軌道，距離木星較遠，軌道傾角和離心率都非常高。這類衞星都很可能是曾經圍繞太陽公轉，之後被木星所捕獲的天體。自2003年以來，共38顆已發現但未命名的不規則衞星。

特性

木星衞星的物理和軌道特性差異頗大。四顆伽利略衞星直徑超過3000公里，而木衞三甚至是太陽系中除了太陽和八大行星以外最大的天體。其餘衞星直徑都低於250公里，最小的直徑僅1公里。就算是伽利略衞星中最小的木衞二，也足足有其他衞星（不包括伽利略衞星）加起來的5000倍。軌道形狀的變化也極大：從近正圓到高離心率不等。另外，有的軌道方向和木星的自轉方向相反（逆行）。公轉週期也介乎7個小時（比木星自轉週期還短）到長達3年左右。

形成和發展

人們認爲木星的規則衞星形成於環行星盤——類似於原行星盤的氣體及固體碎片環。[3][4]這些物質可能是一顆在木星歷史早期形成的、質量與伽利略衞星相約的衞星的殘餘物。[3][5]

模擬顯示，環行星盤在任何時候都有着相對低的質量，每隔一段時間，從太陽星雲捕捉來的木星質量的一小部分就會經過環行星盤。然而，現有的衞星只需要木星質量百分之二的環行星盤質量便可解釋。[3]這表示在木星的早期歷史中，可能經過了幾代與伽利略衞星質量相約的衞星。每一代衞星都因爲環行星盤的阻力而漸漸墮入木星，而從捕捉來的太陽星雲碎片則再形成新一代的衞星。[3]當今天這一代（可能為第五代）形成的時候，環行星盤已經稀薄到不能對衞星的軌道造成很大的影響。[5]現在的伽利略衞星仍然受到影響，並正在靠近木星。只有木衞一、木衞二和木衞三受到軌道共振的保護。而木衞三較大的質量表示它會比木衞一和木衞二更快靠近木星。[3]

人們認爲，外圈的不規則衞星是被捕獲的路過的小行星。那時原衞星環的質量仍然足夠吸收小行星的動力並使其進入軌道。當中許多被突然的減速撕裂，有的之後被其他衞星撞散，從而形成今天我們見到的各個族群。[6]

發現

 
伽利略衞星，從左至右，與木星距離近至遠為：木衞一、木衞二、木衞三、木衞四。
 
伽利略衞星和它們的軌道
參見：衞星發現時間列表

第一個聲稱觀測到木星衞星的人是中國天文學家甘德於公元前364年。[7]但兩千年之後1609年由伽利略·伽利萊作出的發現才是被世界公認肯定的。[8]1610年三月，他以一具30倍放大率望遠鏡觀測到了四顆大型伽利略衞星：[9]木衞三、木衞四、木衞一和木衞二。直到1892年愛德華·愛默生·巴納德才發現木衞五。航行者號於1979年到達木星的時候，已經有13顆衞星被發現。木衞十八於1975年發現，[10]但由於缺乏觀測數據而丟失了，直到2000年才尋回。1979年，發現者號任務發現了3顆新的內圈衞星：木衞十六、木衞十五和木衞十四。[11]

之後二十年都沒有新發現的衞星，但1999年十月和2003年二月期間，研究者們使用敏感的地面感應器發現了32顆。[12]它們都是小型衞星，大多有着長、高離心率、逆行的軌道，直徑平均為3 km（1.9 mi），其最大者也只有9 km（5.6 mi）。相信這些衞星都是捕捉來的小行星或彗星，並有可能是某星體的碎片。[13]可是我們真正對他們的認識還是很少。其後人們又發現了14顆衞星，但還未被確認。觀測到的木星衞星數目達到63顆。[14]截至2008年，這個數目在太陽系各行星中居冠，然而額外可能存在着小衞星。在2018年7月，卡內基科學研究所在追蹤第九行星時意外發現多12顆衞星。2021年11月15日，MPEC正式宣佈發現了一顆新衞星，這使得衞星數量增加至80顆。在2021年11月至2023年1月間，從2003年到2018年的檔案圖像調查中確認了更多的不規則衞星，以及謝柏德在2021年到2022年使用麥哲倫望遠鏡和斯巴魯望遠鏡進行的調查中發現9顆。截至2023年2月，木星的已知衞星總數到了95顆。

命名

主條目：衞星的命名

木星的伽利略衞星在1610年發現後不久便由西門·馬里烏斯命名為艾奧（木衞一）、歐羅巴（木衞二）、蓋尼米德（木衞三）和卡利斯托（木衞四）。[15]20世紀之前，這些名稱並不受歡迎，取而代之的為「木衞一」、「木衞二」，或「木星的第一顆衞星」等諸如此類的稱號。[15]這些名稱要到20世紀才被廣泛使用，而其餘新發現的衞星則仍待命名，並稱以其羅馬數字編號V（5）至XII（12）。[16]1892年發現的木衞五，被法國天文學家佛林馬利安首度稱爲阿曼爾提亞，非官方，但很流行。[12]

直到1970年代，天文文學都直接使用衞星的羅馬數字編號。[17]1975年，國際天文聯合會（IAU）為木衞五至十三起名，[18]並為日後發現的衞星提供正式的命名程序。[18]規則是：新發現衞星的名稱須為神祇朱庇特（宙斯）的愛人和喜歡的人。而自2004年，命名規則擴大到以上人物的後代。[19]木衞三十四之後的衞星都以朱庇特或宙斯的女兒命名。[19]

有些小行星和木星衞星有相同的名稱：小行星9、小行星38、小行星52、小行星85、小行星113和小行星239。國際天文聯合會將兩顆小行星（小行星1036和小行星204）永久改名以避免衝突。

衞星群

 
木星不規則衞星的軌道，與這些衞星如何聚集成群：根據半長軸（橫軸）、軌道傾角（縱軸）和軌道離心率（黃線）。相對體積由圓圈表示。

規則衞星

分作兩群：

  • 內圈衞星群或阿曼爾提亞衞星群：非常接近木星，包括木衞十六、木衞十五、木衞五和木衞十四。前兩者軌道公轉週期短於一個木星日，而後兩者分別為木星系中第五和第七大的衞星。觀測顯示，至少其最大成員木衞五，並不是在現有的軌道上形成的，而是在更遠的軌道上形成，或是被吸引過來的太陽系天體。[20]這些衞星連同一些未發現的內圈小衞星維持着木星暗淡的環系統。木衞十六和木衞十五維持其主環，而木衞五和木衞十四維持稍暗的外環。[21][22]
  • 主衞星群或伽利略衞星：四顆大型衞星：木衞三、木衞四、木衞一和木衞二。它們的半徑比起任何矮行星都要長，而且論質量是太陽系中除太陽和八大行星之外最大的天體。木衞一至四分別為太陽系中第4、第6、第1和第3大的天然衞星。他們佔木星衞星總質量的99.999%。木星的質量大約是伽利略衞星的5000倍。[note 1]伽利略衞星連同木星內圈衞星群有着1:2:4的軌道共振。模型顯示它們源自木星形成之後低密度的氣體及塵埃盤中的慢速吸積，如木衞四的形成便經過了1千萬年。[23]

不規則衞星

 
木星外部衞星與它們高度傾斜的軌道

木星的不規則衞星基本上是較小的天體，並擁有較遠、傾角較大的軌道。它們聚集成群，各群內的衞星均有相似的物理數據（半長軸、軌道傾角和離心率）和成分。相信有一部分是較大的小天體被木星吸引過來的小行星撞擊碎裂形成的。這些衞星群以其最大成員命名。它們的鑒別並不明確，以下列出較典型的衞星群：[14][24][25]

 
逆行衞星：軌道傾角（°）和離心率，橙色為卡耳墨衞星群，黃色為阿南刻衞星群
  • 木衞三十四是逆行衞星中最靠近木星的一顆，屬於阿南刻群。
  • 加爾尼群的半長軸只跨越1.2億米，軌道傾角跨越1.6°（165.7 ± 0.8°），離心率介乎0.23至0.27。其成員的顔色十分一致（淺紅），相信源自D-型小行星，可能是一顆木星的特洛依衞星。[13]
  • 阿南刻群範圍較廣，半長軸跨越2.4億米，軌道傾角跨越8.1°（145.7°至154.8°），離心率介乎0.02至0.28。大部分成員呈灰色，相信是被捕獲的小行星的碎片。[13]
  • 帕西法爾群分佈較散，半長軸跨越超過1.3億米，軌道傾角為144.5°至158.3°，離心率介乎0.25和0.43。[13]其成員的顔色也有明顯的差異（從紅到灰），很可能是多重撞擊的結果。木衞九常被歸於此類，[13]呈紅色，若考慮它較突出的軌道傾角，它可能是獨立被引力捕獲的。[24]木衞八和木衞九位於與木星的長期共振區域內。[26]
  • 木衞四十九為最外圍的木星衞星，屬於帕西法爾群。

列表

以下為木星衞星列表，默認以軌道順序排列。質量足夠大而能坍縮成近球體的衞星以粗體列出。底色為白色的為內圈衞星，紫色為伽利略衞星，淺灰為順行衞星，深灰為逆行衞星。

順序
[note 2] 		編號
[note 3] 		名稱
 直徑
（公里）[note 4] 		質量
（×1016公斤） 		半長軸
（公里）[27] 		公轉週期
（日）[27][note 5] 		軌道傾角
（°）[27] 		軌道離心率
[14] 		發現年份
[12] 		發現者
[12] 		衞星群
[note 6]
1 木衞十六 Metis 43 ~3.6 127,690 +0.294 780 0.06°[28] 0.000 02 1979 辛諾特
航行者一號		 內圈
2 木衞十五 Adrastea 16.4 ~0.2 128,690 +0.298 26 0.03°[28] 0.0015 1979 朱維特
航行者二號		 內圈
3 木衞五 Amalthea 166.95 208 181,366 +0.501 2 0.374°[28] 0.0032 1892 巴納德 內圈
4 木衞十四 Thebe 98.6 ~43 221,889 +0.674 536 1.076°[28] 0.0175 1979 辛諾特
航行者一號		 內圈
5 木衞一 Io 3,643.2 8,900,000 421,700 +1.769 137 786 0.050°[28] 0.0041 1610 伽利略 伽利略
6 木衞二 Europa 3,121.6 4,800,000 671,034 +3.551 181 041 0.471°[28] 0.0094 1610 伽利略 伽利略
7 木衞三 Ganymede 5,268.2 15,000,000 1,070,412 +7.154 552 96 0.204°[28] 0.0011 1610 伽利略 伽利略
8 木衞四 Callisto 4,820.6 11,000,000 1,882,709 +16.689 018 4 0.205°[28] 0.0074 1610 伽利略 伽利略
9 木衞十八 Themisto 9 0.069 7,398,500 +130.03 45.281° 0.340 1975/2000 科瓦爾
羅默爾
謝柏德等人		 並不屬於任何已知衞星群
10 木衞十三 Leda 21.5 0.6 11,146,400 +240.93 27.636° 0.162 1974 科瓦爾 希瑪利亞
11 木衞七十一 Ersa 3 0.004 5 11,401,000 +249.23 30.606° 0.116 2018 謝柏德等人 希瑪利亞
12 木衞六 Himalia 139.6 670 11,440,600 +250.56 29.909° 0.160 1904 勃萊因 希瑪利亞
13 — S/2018 J 2 3 0.004 5 11,467,500 +250.88 29.400° 0.118 2018 謝柏德等人 希瑪利亞
14 木衞六十五 Pandia 3 0.004 5 11,481,000 +251.91 27.155° 0.179 2017 謝柏德等人 希瑪利亞
15 木衞十 Lysithea 42.2 6.3 11,700,800 +259.20 26.293° 0.117 1938 尼克爾森 希瑪利亞
16 木衞七 Elara 79.9 87 11,712,300 +259.64 30.517° 0.211 1905 勃萊因 希瑪利亞
17 — S/2011 J 3 3 0.004 5 11,797,200 +261,77 27.155° 0.176 2011 謝柏德等人 希瑪利亞
18 木衞五十三 Dia 4 0.009 0 12,260,300 +278.21 26.965° 0.232 2000 謝柏德等人 希瑪利亞
19 — S/2018 J 4 2 0.001 5 16,504,300 +433.16 53.178° 0.057 2018 謝柏德等人 卡爾波
20 木衞四十六 Carpo 3 0.004 5 17,042,300 +456.29 50.137° 0.416 2003 謝柏德等人 卡爾波
21 木衞六十二 Valetudo 1 0.000 15 18,694,200 +527.61 32.033° 0.217 2016 謝柏德等人 並不屬於任何已知衞星群
22 木衞三十四 Euporie 2 0.001 5 19,265,800 −550.69 144.694° 0.148 2001 謝柏德等人 阿南刻
23 木衞五十五 S/2003 J 18 2 0.001 5 20,336,300 −598.12 147.401° 0.090 2003 格萊德曼等人 阿南刻
24 — S/2021 J 1 1 0.000 15 20,667,200 −606.99 149.8° 0.246 2021 謝柏德等人 阿南刻
25 木衞六十 Eupheme 2 0.001 5 20,768,600 −617.73 146.363° 0.241 2003 謝柏德等人 阿南刻
26 — S/2022 J 3 1 0.000 15 20,772,400 −617.82 144.5° 0.272 2022 謝柏德等人 阿南刻
27 木衞五十四 S/2016 J 1 1 0.000 15 20,793,000 −618.49 139.839° 0.232 2016 謝柏德等人 阿南刻
28 木衞五十二 S/2010 J 2 1 0.000 15 20,802,600 −618.84 150.4° 0.248 2010 Veillet 阿南刻
29 木衞四十 Mneme 2 0.001 5 20,821,000 −620.07 149.732° 0.247 2003 格萊德曼等人 阿南刻
30 木衞三十三 Euanthe 3 0.004 5 20,827,000 −620.44 143.409° 0.239 2001 謝柏德等人 阿南刻
31 木衞三十五 Orthosie 2 0.001 5 20,881,000 −622.59 142.366° 0.299 2001 謝柏德等人 阿南刻
32 — S/2003 J 16 2 0.001 5 20,882,600 −622.88 150.769° 0.243 2003 格萊德曼等人 阿南刻
33 木衞二十二 Harpalyke 4 0.012 20,892,100 −623.32 147.223° 0.232 2000 謝柏德等人 阿南刻
34 木衞二十七 Praxidike 7 0.043 20,935,400 −625.39 144.205° 0.246 2000 謝柏德等人 阿南刻
35 木衞六十四 S/2017 J 3 2 0.001 5 20,941,000 −625.60 147.9° 0.231 2017 謝柏德等人 阿南刻
36 木衞四十五 Helike 4 0.009 0 20,959,700 −626.33 154.586° 0.153 2003 謝柏德等人 阿南刻
37 木衞六十八 S/2017 J 7 2 0.001 5 20,964,800 −626.56 143.4° 0.233 2017 謝柏德等人 阿南刻
38 木衞二十九 Thyone 4 0.009 0 20,973,000 −627.18 147.276° 0.233 2001 謝柏德等人 阿南刻
39 — S/2003 J 12 1 0.000 15 20,983,100 −627.24 154.690° 0.235 2003 謝柏德等人 阿南刻
40 — S/2021 J 2 1 0.000 15 20,989,600 −627.96 150.1° 0.341 2021 謝柏德等人 阿南刻
41 木衞四十二 Thelxinoe 2 0.001 5 20,996,000 −628.03 151.292° 0.228 2003 謝柏德等人 阿南刻
42 — S/2003 J 2 2 0.001 5 20,997,700 −628.79 153.521° 0.225 2003 謝柏德等人 阿南刻
43 木衞十二 Ananke 29.1 3.0 21,034,500 −629.79 151.564° 0.237 1951 尼克爾森 阿南刻
44 木衞二十四 Iocaste 5 0.019 21,066,700 −631.59 147.248° 0.227 2000 謝柏德等人 阿南刻
45 木衞三十 Hermippe 4 0.009 0 21,108,500 −633.90 151.242° 0.219 2001 謝柏德等人 阿南刻
46 — S/2021 J 3 2 0.001 5 21,345,700 −643.85 150.1° 0.356 2021 謝柏德等人 阿南刻
47 木衞七十 S/2017 J 9 3 0.004 5 21,768,700 −666.11 152.7° 0.200 2017 謝柏德等人 阿南刻
48 — S/2022 J 1 1 0.000 15 22,015,500 −667.34 165.4° 0.191 2022 謝柏德等人 加爾尼
49 — S/2016 J 3 2 0.001 5 22,213,500 −676.37 164.1° 0.236 2016 謝柏德等人 加爾尼
50 — S/2022 J 2 1 0.000 15 22,413,200 −685.51 165.4° 0.182 2022 謝柏德等人 加爾尼
51 木衞五十八 Philophrosyne 2 0.001 5 22,604,600 −702.54 146.312° 0.229 2003 謝柏德等人 帕西法爾
52 — S/2018 J 3 1 0.000 15 22,826,600 −704.56 164.9° 0.273 2018 謝柏德等人 加爾尼
53 — S/2021 J 5 2 0.001 5 22,831,800 −704.80 163.2° 0.200 2021 謝柏德等人 加爾尼
54 — S/2021 J 4 1 0.000 15 22,846,700 −710.13 164.5° 0.159 2021 謝柏德等人 加爾尼
55 木衞三十二 Eurydome 3 0.004 5 22,899,000 −717.31 149.324° 0.294 2001 謝柏德等人 帕西法爾
56 — S/2003 J 4 2 0.001 5 22,904,500 −718.10 147.175° 0.328 2003 謝柏德等人 帕西法爾
57 木衞五十六 S/2011 J 2 1 0.000 15 22,909,200 −718.32 151.87° 0.355 2011 謝柏德等人 帕西法爾
58 木衞三十八 Pasithee 2 0.001 5 22,915,700 −719.47 164.559° 0.270 2001 謝柏德等人 加爾尼
59 木衞六十九 S/2017 J 8 1 0.000 15 22,919,500 −719.76 164.77° 0.255 2017 謝柏德等人 加爾尼
60 — S/2003 J 24 2 0.001 5 22,937,400 −721.60 164.5° 0.259 2003 謝柏德等人 加爾尼
61 木衞二十一 Chaldene 4 0.007 5 22,955,500 −723.71 164.670° 0.265 2000 謝柏德等人 加爾尼
62 木衞六十三 S/2017 J 2 2 0.001 5 22,963,200 −724.71 164.5° 0.272 2017 謝柏德等人 加爾尼
63 木衞二十六 Isonoe 4 0.007 5 22,981,300 −726.27 164.827° 0.249 2000 謝柏德等人 加爾尼
64 木衞四十四 Kallichore 2 0.001 5 23,021,800 −728.26 164.805° 0.252 2003 謝柏德等人 加爾尼
65 木衞二十五 Erinome 3 0.004 5 23,032,900 −728.48 164.437° 0.276 2000 謝柏德等人 加爾尼
66 木衞三十七 Kale 2 0.001 5 23,052,600 −729.64 164.578° 0.262 2001 謝柏德等人 加爾尼
67 木衞五十七 Eirene 4 0.009 0 23,055,800 −729.84 164.549° 0.258 2003 謝柏德等人 加爾尼
68 木衞三十一 Aitne 3 0.004 5 23,064,400 −730.10 164.562° 0.277 2001 謝柏德等人 加爾尼
69 木衞四十七 Eukelade 4 0.009 0 23,067,400 −730.30 164.596° 0.277 2003 謝柏德等人 加爾尼
70 木衞四十三 Arche 3 0.004 5 23,097,800 −731.88 164.587° 0.261 2002 謝柏德等人 加爾尼
71 木衞二十 Taygete 5 0.016 23,108,000 −732.45 164.690° 0.253 2000 謝柏德等人 加爾尼
72 — S/2021 J 6 1 0.000 15 23,112,700 −732.55 166.5° 0.363 2021 謝柏德等人 加爾尼
73 木衞七十二 S/2011 J 1 1 0.000 15 23,124,500 −733.21 164.6° 0.271 2011 謝柏德等人 加爾尼
74 木衞六十七 S/2017 J 6 2 0.001 5 23,145,300 −733.99 149.7° 0.336 2017 謝柏德等人 帕西法爾
75 木衞十一 Carme 46.7 13 23,147,400 −734.19 164.607° 0.256 1938 尼克爾森 加爾尼
76 木衞五十 Herse 2 0.001 5 23,150,500 −734.52 164.490° 0.262 2003 格萊德曼等人 加爾尼
77 木衞六十一 S/2003 J 19 2 0.001 5 23,156,400 −704.78 164.727° 0.265 2003 格萊德曼等人 加爾尼
78 木衞五十一 S/2010 J 1 2 0.001 5 23,189,800 −736.51 164.5° 0.252 2010 Jacobson et al. 加爾尼
79 — S/2003 J 9 1 0.000 15 23,199,400 −736.86 164.780° 0.263 2003 謝柏德等人 加爾尼
80 木衞六十六 S/2017 J 5 2 0.001 5 23,206,200 −737.28 164.8° 0.257 2017 謝柏德等人 加爾尼
81 木衞三十九 Hegemone 3 0.004 5 23,302,600 −739.81 152.556° 0.358 2003 謝柏德等人 帕西法爾
82 木衞二十三 Kalyke 6.9 0.019 23,348,700 −742.02 164.805° 0.260 2000 謝柏德等人 加爾尼
83 木衞八 Pasiphaë 57.8 30 23,468,200 −743.61 148.403° 0.412 1908 格萊德曼等人 帕西法爾
84 — S/2016 J 4 1 0.000 15 23,494,100 −743.69 146.3° 0.199 2016 謝柏德等人 帕西法爾
85 木衞三十六 Sponde 2 0.001 5 23,543,300 −748.29 149.272° 0.322 2001 謝柏德等人 帕西法爾
86 木衞四十八 Cyllene 2 0.001 5 23,654,700 −751.97 146.848° 0.419 2003 謝柏德等人 帕西法爾
87 木衞十九 Megaclite 5 0.021 23,674,600 −752.86 149.849° 0.421 2000 謝柏德等人 帕西法爾
88 — S/2003 J 10 2 0.001 5 23,696,300 −755.43 164.413° 0.264 2003 謝柏德等人 加爾尼
89 木衞五十九 S/2017 J 1 2 0.001 5 23,704,800 −756.41 145.797° 0.328 2017 謝柏德等人 帕西法爾
90 木衞九 Sinope 35 7.5 23,744,800 −758.85 157.278° 0.275 1914 尼克爾森 帕西法爾
91 木衞十七 Callirrhoe 9.6 0.087 23,795,500 −758.86 139.849° 0.297 1999 格萊德曼等人 帕西法爾
92 — S/2003 J 23 2 0.001 5 23,829,300 −760.00 144.749° 0.313 2003 謝柏德等人 帕西法爾
93 木衞二十八 Autonoe 4 0.009 0 23,892,500 −761.00 150.798° 0.330 2001 謝柏德等人 帕西法爾
94 木衞四十一 Aoede 4 0.009 0 23,898,200 −761.46 155.682° 0.436 2003 謝柏德等人 帕西法爾
95 木衞四十九 Kore 2 0.001 5 24,205,200 −776.76 141.471° 0.328 2003 謝柏德等人 帕西法爾

參見

備註

  1. ^ Jupiter Mass of 1.898 × 1027 kg / Mass of Galilean moons 3.93 × 1023 kg = 4,828
  2. ^ 順序：衞星距離木星平均距離的順序。
  3. ^ 編號：依發現順序排列的編號
  4. ^ 直徑非單一數字的衞星，如「60×40×34」，表示該衞星並非正球體。
  5. ^ 週期為負數的衞星是逆行衞星。
  6. ^ 問號表示該衞星並未確認歸於任何一群。

參考資料

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外部連結

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