探査機「あかつき」、金星の雲に「巨大筋状構造」発見 原因も解明 神戸大など

2019年1月12日 21:58

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(左)あかつきIR2カメラで観測された金星下層雲。明るい部分が雲の薄い領域を表す。黄色破線で囲った部分に惑星規模筋状構造が見られる。(右)AFES-Venusのシミュレーションで再現された惑星規模筋状構造。明るい部分が強い下降流を表す。(画像: 神戸大学の発表資料より)

(左)あかつきIR2カメラで観測された金星下層雲。明るい部分が雲の薄い領域を表す。黄色破線で囲った部分に惑星規模筋状構造が見られる。(右)AFES-Venusのシミュレーションで再現された惑星規模筋状構造。明るい部分が強い下降流を表す。(画像: 神戸大学の発表資料より)[写真拡大]

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  • 惑星規模筋状構造の形成メカニズム。ロスビー波によって生じた巨大な渦(左)が高緯度のジェット気流によって傾き、引き伸ばされる(右)。引き伸ばされた渦の内部では、筋状の収束帯が形成され、下降流が生じ、下層雲が薄くなる。(画像: 神戸大学の発表資料より)

 神戸大学大学院理学研究科の樫村博基助教らの研究グループは10日、金星探査機「あかつき」による赤外線観測データから、金星を覆う雲(下層部分)に巨大な筋状構造を発見したことを発表した。また、海洋研究開発機構 (JAMSTEC) の横浜研究所に設置されているスーパーコンピュータ「地球シミュレータ」を利用した大規模な数値シミュレーションにより、この筋状構造のメカニズムを解き明かしたことも発表した。

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 金星は、高度45~70キロメートルの分厚い硫酸の雲で覆われており、風速は場所によって変化するが、高度の高い雲では毎秒100メートルにもなる。自転より速い風という意味で「スーパーローテーション」と呼ばれている。

 JAXAが2010年に打ち上げた金星探査機「あかつき」は、2015年に金星の周回軌道に入った。「あかつき」に搭載されていた、2マイクロメートルの赤外線を捉えるカメラ「IR2」により、上層の雲に遮られて観測が難しい高度50キロメートル付近の下層雲を詳細に観測することに成功、より詳しい構造などが明らかになりつつある。

 一方、研究グループは、金星の大気を数値シミュレーションで表す計算プログラム「AFES-Venus」を開発してきた。大気全体の計算や細かな構造を表現するには、処理能力の高いスーパーコンピュータを利用する必要があり、JAMSTECのスーパーコンピュータ「地球シミュレータ」を活用。「AFES-Venus」は、地球大気シミュレーション用プログラム「AFES」を金星大気用に改修したもので、金星大気全体の数値シミュレーションを実施するための計算プログラムだ。

 今回の研究では、「あかつき」の「IR2」が捉えた金星の下層雲の詳細な観測データと、「AFES-Venus」の高解像度シミュレーションを比較し、解析した。「IR2」では赤外線を観測しているため、明るいところほど雲が薄い。北半球では北西から南東にかけて、南半球では南西から北東にかけて、幅数百キロメートルの幾本もの白い筋が束になり、1万キロメートル近くにわたって斜めに延びている構造だった。また赤道を挟んで南北対称に位置していた。南北対称性を有する構造は、「IR2」によって初めて明らかになったもので、これを「惑星規模筋状構造」と呼ぶ。

 「AFES-Venus」は、高解像度シミュレーションでこの惑星規模筋状構造の再現を試みて、成功した。このように細かな構造の観測が一致することで「AFES-Venus」のシミュレーションの正しさが示されたとも言える。また「AFES-Venus」の解析結果によると、惑星規模筋状構造の成因は「寒帯ジェット気流」であった。

 日本を含む地球の中高緯度帯では、南北の温度差を解消しようとする大規模な流れがあり、それが、温帯低気圧や移動性高気圧、寒帯ジェット気流を形成している。シミュレーションでは、金星大気の雲層でも同様に、高緯度帯にジェット気流が作られることを示していた。一方、金星の赤道から緯度60度付近にまたがる低緯度帯には、巨大な渦が生しており、そこにジェット気流が加わることで渦が引き伸ばされ、北風と南風がぶつかる収束帯が筋状に形成される。

 これらにより雲の薄い領域からなる惑星規模筋状構造が作り出されていたと考えられる。雲層下部に存在する赤道をまたぐ波動と結合しており、これによって南北対称性が出来ることも分かった。

 この研究成果は1月9日に英国科学誌「Nature Communications」に掲載された。

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