JAXAの探査機「あかつき」を利用、金星大気の広範囲に渡る構造を初解明

金星の周回軌道投入に再挑戦する「あかつき」の想像図（Credit: ISAS/JAXA）

金星周回軌道への投入に一度は失敗したものの、2015年12月の再挑戦で軌道への投入に成功した宇宙航空研究開発機構（JAXA）の金星探査機「あかつき」。今回、あかつきなどを利用した観測によって金星の大気温度を広範囲に測定することで、金星大気の全球的な構造が初めて明らかになったとする研究成果が発表されました。

■金星の大気は赤道よりも北極や南極のほうが不安定だった

金星の大気安定度を示した概念図。赤道（左）よりも北極や南極（右）のほうが安定度が低く、上昇気流や下降気流が起こりやすい（Credit: 京都産業大学）

安藤紘基氏（京都産業大学）らの研究チームは、探査機から地球に向けて送信される電波を利用する「電波掩蔽（でんぱえんぺい）観測」という手法を使い、これまで限られた場所の観測データしか得られていなかった金星の大気温度をより広い地域と高度において測定することに成功しました。観測の結果、金星の高度60km以下では赤道から北や南に向かうほど気温がゆるやかに低下しているのに対し、高度60km以上では赤道から離れるにつれて気温が上昇していることがわかりました。

観測データから金星の大気安定度を見積もったところ、高度50～55kmに大気安定度の低い領域が赤道から両極まで広く存在しているいっぽうで、緯度70度よりも高緯度では大気安定度の低い領域がさらに広がり、高度40km付近にまで達していることが初めて明らかになりました。大気安定度は大気の垂直方向の混ざりやすさを示す指標で、低い大気安定度は上昇気流や下降気流が生じやすい不安定な状態であることを意味します。日々の天気予報で耳にする「大気の状態が不安定」という状況と同じです。

これまで観測によって、金星の雲は極域の上空ほど厚いことがすでに知られています。今回の研究成果は、金星では北や南の極域において上昇気流が生じやすく、雲を形成する水や硫酸の蒸気が大気の下層から上層へと運び上げられやすい状態であることを示しており、「極域ほど雲が厚い」という金星大気の特徴とも矛盾しない結果となっています。

■大気を通過する電波の周波数変化を利用して温度を測定

電波掩蔽観測の概念図。探査機（右）から地球（左下）に向けて進む電波が惑星大気の通過時に屈折し周波数が変化する様子から温度を測定する（Credit: PLANET-C Project）

電波掩蔽観測とは、地球から見て惑星の裏側に隠れたり裏側から出てきたりする探査機の電波を地球で受信し、惑星の大気を通過するときの屈折や軌道を周回する探査機の運動によって電波の周波数が変化する様子をもとに、惑星の大気の温度を高い精度で測定する方法です（測定される気温の誤差は摂氏0.1度、高度の分解能は1km）。

今回の研究ではJAXAのあかつきと欧州宇宙機関（ESA）の金星探査機「ビーナス・エクスプレス」による電波掩蔽の観測データをもとに、金星の雲の層の下、高度40～85kmの温度が測定されました。過去にはアメリカや旧ソ連の探査機・着陸機によって金星大気の各高度における気温が計測されていますが、これらは特定の地域に限ったデータに留まっており、高緯度地域も含めた全球的な大気温度の測定はこれが初めてとなります。

今回の研究成果によって金星の標準大気モデルが刷新され、大気の大循環や雲の形成に関する新たな知見が得られることが期待されています。

 

Image Credit: 京都産業大学
Source: 京都産業大学 / 宇宙科学研究所（JAXA）
文／松村武宏