金星の自転には 243 日かかるのに、金星の大気は金星の周りを 4 日で回るだけなのはなぜですか?

[モバイルソフトウェア：Bo Ke Yuan] 金星探査機「あかつき」からの画像により、金星の大気が惑星自体よりも速く回転する理由が明らかになった。北海道大学の堀之内健教授らの国際研究チームは、この「超回転」が、金星の昼間の太陽熱加熱と夜側の冷却によって形成される大気の潮汐波によって赤道付近で維持されていることを明らかにした。しかし、極に近づくにつれて、大気の乱流や他の種類の波の影響がより顕著になると研究者らはサイエンス誌に報告している。

金星は非常にゆっくりと自転しており、自転が1回完了するのに地球の243日かかります。金星の自転速度は非常に遅いにもかかわらず、金星の大気は金星自体の自転速度の 60 倍の速さで西方向に回転しています。この超回転は高度とともに増加し、雲頂に向かって地球全体を一周するのにわずか地球の 4 日しかかかりません。高速で移動する大気は、金星の昼側（昼行性）から夜側（夜間）へ熱を運び、両半球間の温度差を減らします。

図: 金星 - 東経 90 度を中心としたコンピューターシミュレーションによる地球全体の眺め (NASA/JPL)。

しかし、スーパーローテーションは1960年代に発見されて以来、その形成と維持のメカニズムは長年謎のままでした。堀之内氏と宇宙科学研究所（IAS、JAXA）などの同僚らは、あかつき宇宙船に搭載された紫外線カメラと赤外線カメラが撮影した画像から雲を追跡し、風速を導き出す新しい高精度な手法を開発した。ドーン探査機は2015年12月に金星の周回軌道に乗り始め、科学者らは大気の波動と乱気流がスーパーローテーションに与える影響を推定することができた。

研究チームはまず、低緯度と高緯度の間の大気温度の差が非常に小さく、緯度間の循環なしには説明できないことに気づいた。このような循環は風の分布を変え、スーパーローテーションのピークを弱めるはずなので、観測された風の分布を強化し維持する別のメカニズムの存在も意味します。さらに分析を進めると、この維持は、低緯度での加速をもたらす熱潮汐（昼側と夜側の太陽熱の差によって引き起こされる大気の波）によって支えられていることがわかった。以前の研究では、大気の乱気流や熱潮汐以外の変動が加速を引き起こした可能性が示唆されていた。

図：金星の大気のスーパーローテーションを維持するシステム（黄色）。赤道上部の熱潮汐（赤）により西向きのスーパーローテーションが強化されます。大気は、熱を両極にゆっくりと運ぶ南北（垂直）循環（白）と、惑星の夜側に熱を急速に運ぶスーパーローテーションという二重の循環システムによって制御されています。

しかし、今回の研究では、中緯度と高緯度ではそれらが重要な役割を果たす一方で、低緯度では逆の効果があり、スーパーローテーションをわずかに減速させることが示されています。この研究結果は、スーパーローテーションを維持する要因を明らかにし、地球全体で熱を効果的に輸送する二重の循環システム、すなわち極に向かって熱をゆっくりと輸送する南北循環と、惑星の夜側に向かって熱を急速に輸送するスーパーローテーションの存在を示唆している。この研究は、金星の太陽日が非常に長いのと同様に、常に片側が中心星を向いている潮汐固定太陽系外惑星の大気システムをより深く理解するのに役立つ可能性があります。

ボー・ケ・ユアン研究/出典：北海道大学

参考ジャーナル: サイエンス

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