一番星へ行こう!

日本の金星探査機の挑戦 その33 ～金星雷の捜索は続く～／高橋 他

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一番星へ行こう！
日本の金星探査機の挑戦 その33
～金星雷の捜索は続く～
高橋 幸弘 ，今井 正尭 ，佐藤 光輝
111（要旨） 金星に雷はあるか？この課題に決着をつけるべく，世界初にして唯一の惑星雷放電発光観測装置
LAC は金星周回軌道で観測を継続しています．2018 年 1 月末現在，まだ雷の信号は捉えていませんが，先行研究との十分な比較を行うためには，もうしばらくデータの蓄積が必要です．

1. 金星に雷はあるか

現在で，LAC による雷発光と思われる現象は記録されていませんが，この時点で雷放電の存否についてあ

金星大気中で，地球のような雷放電現象があるかにる程度確定的な意見を述べるには早すぎると考えていついては，30 年にわたって議論が続いていますが，ます．ともあれ，セッションでは Russell 教授の熱のまだコンセンサスには至っていないのが現状です．し籠もった弁舌を聞き，アイオワ大学のスタッフも交えかしながら，金星の雷への関心は依然として高く，た建設的な討論を楽しむことができました．Russell

2014 年にケンブリッジ大学出版から出された金星の教授の情熱は衰えることはないようで，これからも担専門書 [1] の表紙は，稲妻が描かれた金星地表の想像当する学生を一人充てて，過去の衛星のデータ解析を図が飾っています．また，2018 年 1 月に開催された米継続するということでした．ただどちらにしても証拠

国電波科学会議（UNSC-URSI meeting）の惑星を扱うは不十分で，今後の LAC の結果に期待がかかっていセッションで，金星の雷観測について紹介して欲しいることは肌で感じることができました．とコンビーナから私たちに依頼がありました．そのセ雷放電の存否に関する議論が決着しない理由の一つ

ッションでは，雷の存在を強く信じる大物の一人であが，これまで，惑星における雷を観測する専用の装置るカリフォルニア大学ロサンゼルス校の Cristopherがなかったことにあります．雷放電は強い発光や電波T. Russell 教授 [2] と，最近は雷の存在に否定的な立場放射を伴うので，それらを捉えることが目標になりまをとっている，こちらも電波科学の大御所であるアイ

すが，どちらのケースでも，人工的原因あるいは宇宙オワ大学の Donald A. Gurnett 教授 [3] の二人を呼んで線などによるパルス的なノイズやプラズマ不安定といの議論を予定していました．しかし健康上の理由でった他の現象との判別が難しいのです．あかつき搭載

Gurnett 教授が辞退し，彼が代わりに私（高橋）を指名の雷・大気光カメラ LAC は，地球以外の惑星の探査したためにお鉢が回ってきたという経緯です．私たち機としては初めて，高い時間解像度で雷放電発光の時は現時点では，積極的に雷が無さそうであるという主間変化を観測することで，紛らわしいノイズと明確に張はしておらず，むしろ存在したら興味深い研究が展区別をすることのできるように設計された計測器です

開できると考えていますので，やや複雑な心境ではあ[4]．あかつきは２度目の金星軌道投入に成功し，観測りましたが，せっかく著名な先生のご指名でしたので， を開始しました [5]．LAC も長期の休眠状態から慎重講演をお引き受けした次第です．実は，2018 年 1 月末
1. 北海道大学・大学院理学院・宇宙理学専攻
yukihiro@sci.hokudai.ac.jp

を期して高圧電源を昇圧し，現在は定常的な観測を行っている状態にあります．毎回の観測では宇宙線に起因するパルスを“正常に”記録しています（この副産物

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日本惑星科学会誌 Vol. 27, No. 1, 2018

である宇宙線の観測については別の機会に紹介したいと思います）．しかし当初予定していた軌道から大きく変わった結果，雷観測を実施できる時間の割合は，す．

2.1

地球の雷放電発光よりは圧倒的に少ない1/20 程度に減っています．つまり，当初計画で半年

定量的な詳細は別の機会に紹介しますが，これまでの間に得られた観測時間を達成するのに，10 年がかの観測時間と検出感度を考慮しますと，上空から観測かる計算になります．先行研究と比較して議論を精密される地球の雷放電発光に比べて，1/100 程度かそれ化するためには，もうしばらく時間がかかりそうなの以下の頻度と計算されます．ただし，これはあくまでですが，現時点で私たちがどのような想像をしている全球を均した場合の話であって，地球の場合でもそうか，少しご紹介したいと思います．

でありますように，雷放電発生地域に極端な偏りがあることもありえます．その場合，現状の狭い視野と足2. まだ見つからない理由

し合わせてもまだまだ短い観測時間を鑑みますと，統計的に観測にかからない可能性は小さくないかもしれ

LAC は，4 x 8 に並んだ都合 32 の画素（チャンネル）ません．現在，仮に地球での雷放電活動の地域的な偏を持ち，1 秒間に 3 万 2 千回の高速測光を行うことがりと同程度であった時，検出確率がどの程度になるかできます．全てのチャンネルで連続記録するとデータを推定する作業を行なっています．

量が膨大になってしまうため，雷放電に伴うパルス状の光が短時間入射すると，それをアルゴリズムで自動

2.2

大規模な放電現象しか起きない

判別してトリガーをかけ，そのチャンネルのみ前後短金星の雷の規模の分布が似たものであると仮定しま時間のデータを記録する仕組みになっています [4]．

すと，大規模発光のみを観測できる地上望遠鏡を使っ雷の存在が確認されていない金星では，その雷発光強て行われたアリゾナ大学による先行研究の結果 [6] か度の高速時間変化は不明なので，まずは地球の通常のらは，規模が地球での平均程度の小規模の現象まで含落雷と同じタイプの時間変動を持つと想定し，増光時めた頻度はかなり高くなると想像できます．しかし，の変化率などのトリガーの条件をそれに合わせて観測

この想定は妥当でないかもしれません．つまり，金星を開始しました．これまでに延べ約 4 時間にわたってでは地球規模の雷放電発光はほとんど無く，その 100観測を行ってきました．センサーの内部では，宇宙線倍以上，つまり地上望遠鏡で観測できるような規模のによって電気的に発生するパルスが時々発生し，それ発光だけが起きているという可能性もありうるというらのうち，トリガー条件を満たすものは，そのパルスことです．雷放電は大気の放電現象（絶縁破壊現象）での時間変動が記録されています．最初にその時間変動すが，その発生に要する電場の大きさは，大気成分が波形を見た時は，LAC チーム一同，雷を捉えたので同じであれば大気密度に比例します．また，雲底高度はないかと一瞬色めき立ちましたが，その立ち上がりが 40 km 以上あることも，落雷を起きにくくしていまが雷放電発光ではあり得ないほど急峻であったこと，す．このように，金星で落雷を起こすためには地球に減衰するときの時定数がアナログ電気回路のそれに一比べ何桁も大きな電荷の集積が必要と予測されます．

致したことなどから，宇宙線であると分かりました．

しかし，一旦放電が開始されれば，その大きな電荷が私たちの期待をよそに，これまで雷と思われる信号は一気に消失するので，放電の規模は大きくなります．

一つも記録されていません．LAC の典型的な観測条

もしこの想像が正しければ，金星で起きている全ての件のもとでは，地球の落雷発光の 1/20 程度の強さの雷を足しても，アリゾナ大学が観測した程度の頻度とものまでトリガーがかかる計算ですが，それ以上の強いうことになるかもしれません．LAC の観測から推度の発光は検出されていないことになります．また，定した頻度の上限は，いまだアリゾナ大学の観測頻度

典型的な LAC の雷観測の視野は，金星全表面積のよりも大きく，その先行研究を検証しようと思えば，1/500 程度です．

あと 3 年間くらいの観測継続が必要です．

この観測結果をどう捉えるか，仮に雷放電が存在していた場合の，現時点での可能性と解釈を考えてみま一番星へ行こう!

2.3

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雲が光を通さない

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イプの発光が見つかるかもしれません．さらに，あかつきの観測に連動して，アリゾナ大学の観測をバージ

下方で起きた放電発光を上空で観測するためには，ョンアップした地上望遠鏡による同時観測も検討中で，光子が雲層を抜けて上方に届かなければなりませんが，専用の装置の設計を始めています．見つかるにしても，その確率が予想よりも低い可能性があります．これはそうでないにしても，今後の金星雷観測にご注目いた

平均的な雲の光学的な厚さではなく，放電を起こす雷だければと思います．

雲やその周辺の状況に依存します．地球の場合でも，雲が厚い場合には，雲の縁が放電発光で照らされるの

参考文献

みで，大きく減光するケースがあります．

2.4

発光の時間スケールが違う

先に述べましたように，1 回の放電中の発光強度の時間変化について，私たちは地球の通常の雷放電と似[1] Taylor. F. E., 2014, The scientiﬁc exploration of Venus(Cambridge University Press).
[2] Russell, C. T. et al., 2006, Nature 450, doi:10.1038/
nature05930.ているという仮定でトリガーの条件を設定していまし[3] Gurnett, D. A. et al., 2001, Nature 409, 313.

た．地球においても，中層・超高層大気で発生するス[4] Takahashi, T. et al., 2008, Space Sci. Rev. 137, 317.

プライトやブルージェットと呼ばれる放電現象は，通[5] 中村正人ほか, 2016, 遊星人 25, 4.

常の落雷に比べ，10 倍から 100 倍程度の時間をかけて[6] Hansell, S. A. et al., 1995, Icarus 117, 345.

発光強度を変化させることがあります．もし金星の雷がそのようなタイプの放電であった場合は，それに合わせたトリガー条件を設定する必要があります．2018
年 2 月から開始する観測シーズンでは，1 回の金星夜面通過時に，これまでの観測モードに加え，こうした時定数の長い現象に対応できる観測モードを組み合わせて運用する計画になっています．

2.5

雷活動の時間変動が大きい

土星の雷放電を含むストームは，何ヶ月も続いた後に，今度は数カ月，あるいは年単位で活動を完全に停止してしまいます．金星の大気も，肉眼で望遠鏡を覗いた印象とは正反対に，振幅の大きな長期の変動がある可能性も否定できません．金星の夜間大気光を地上望遠鏡で発見した研究者が，時期を隔てて同様の観測をしても，見つかることができなかったという例もあります．そうだとすると，長期間粘り強く観測を続ける以外に，観測の方法はありません．

3. 今後の展開
あかつきの運用期間が無事延長されてさらに数年間の観測ができれば，少なくともアリゾナ大学などの先行研究に対する定量的な検証が可能になります．また，トリガー条件の工夫によって，予想していなかったタ