秒速100メートル超で吹き荒れる金星の猛烈な大気、「スーパーローテーション」が勢いを失わずに回転を続けていられるのはなぜか。エンジンの故障を乗り越え、観測を続けていたJAXAの金星探査機「あかつき」が明らかにした。

2020年4月24日、JAXA、北海道大学、北海道情報大学は金星探査機「あかつき(PLANET-C)」の観測により、金星の大気が超高速で回転する「スーパーローテーション」が持続するしくみを解明したと発表した。研究成果は米科学誌Scienceに発表された。

金星は自転が遅く、1回自転するのに地球時間にすると243日かかる。この自転よりもはるかに速く、分厚い大気の層が惑星の自転の60倍に達する速度で西向きに回転しており、「スーパーローテーション」と呼ばれている。スーパーローテーションは、最も強くなる金星の赤道付近の雲層の上部の領域では秒速110キロメートルにも達するという。こうした大気が金星の昼の側から夜の側へ熱を運び、惑星全体の温度差を小さくする役割を果たしている。

スーパーローテーションは1960年代に発見され、地球の大気の循環モデルを元にスーパーローテーションが恒常的に吹き続ける理論が提唱されてきたものの、2014年まで観測を続けた欧州の金星探査機ビーナス・エクスプレスなどのデータでは仮説を検証するには至らなかった。

JAXA 宇宙科学研究所が開発し、2010年5月に打ち上げた金星探査機「あかつき」は、エンジンの破損から2010年12月の金星の軌道投入に失敗した。しかし、失われたエンジンに代わってより小さなスラスターを組み合わせて使うことで再起を果たし、2015年12月に金星を周回する軌道に入り、長期の観測を続けている。

北海道大学の堀之内武准教授らによる「あかつき」研究チームは、2015年から2018年までの5つの時期で、金星大気の上層である高度70キロメートル付近の雲の動きを紫外イメージャ(UVI)によって観測した。さらに、中間赤外カメラ(LIR)による明るさと温度のマップから、熱の移動を解析した。

堀之内教授を筆頭著者とする論文『How waves and turbulence maintain the super-rotation of Venus’ atmosphere』は、長年謎だった金星大気のスーパーローテーションがどのように維持されているのかを明らかにしている。

画像提供:Planet-C プロジェクトチーム
画像提供:Planet-C プロジェクトチーム

金星はほとんど季節がなく、赤道付近は太陽光を受けて最も暑くなるものの、極域がそれほど寒冷でないことから、赤道から南極・北極へ熱を運ぶ大気の循環があると考えられている。この南北の循環は「子午面循環」と呼ばれ、発表によればスーパーローテーションを弱めるように働くという。一方で、大気が昼間に温められ、夜は冷却されることで発生する「熱潮汐波」という波があり、南北方向に角運動量を運んでスーパーローテーションを強めているという。この熱潮汐波がスーパーローテーションを維持しているしくみであることがわかった。また、これまでは大気中に存在する潮汐波以外の波や乱れ(乱流)も加速を担う候補として考えられてきたが、むしろその逆に働いていることも明らかになった。

「あかつき」が解明した金星のスーパーローテーションと同様の大気の流れは、土星の衛星タイタンにも見られ、また太陽系外の惑星にもスーパーローテーションを持つ可能性があるという。大気の南北や東西の循環が組み合わさり、惑星全体に熱を運んでいるしくみは他の惑星などでも成り立っている可能性があり、さまざまな天体の気象を解明することに役立つと期待されている。

※2020年4月25日:本文・タイトルに表記した単位に誤りがありましたため訂正いたしました。