LIRによって初めて決定された、金星における熱潮汐波の全球構造
神山(産総研)ほか, あかつき/LIRによって同定された
金星雲上層での熱潮汐波全球構造, GeophysicalResearch Letters, 2019.
福谷(東大)ほか, 連続する熱赤外画像の重ね合わせにより発見された金星雲の微細構造,
欧州惑星会議, 2019.

産業技術総合研究所
人工知能研究センター 神山 徹

©JAXA
1

LIRによって初めて決定された、金星における熱潮汐波の全球構造

1.研究の背景地球と金星の違い：太陽光による加熱に着目して

2.熱潮汐波とはなぜ熱潮汐を調べることが重要か

3.熱潮汐波を検出するためにあかつき/LIRの利点: 赤道軌道＋昼・夜別なく観測4.得られた成果

金星を取り巻く熱潮汐波の全体構造 (世界初!)- 温度場: 3金星年分のデータを平均- 風速場: ノイズ低減の工夫

5.今後

2

不思議な雲の惑星・金星
惑星すべてが雲に覆われている
UVI

IR2

[画像クレジット: JAXA]

3

地球と金星で全く異なる、太陽光エネルギーの受け取り方
地球

はやぶさ2/ONC-T

大気・雲による吸収 ~ 30%[画像クレジット: JAXA]
ほとんどの光が地面まで届く

地面・海による吸収 ~70 %→ 大気循環の主要なエネルギー源

宇宙から地面・海が見える©USGS/Landsat-8©USGS/Landsat-84

地球と金星で全く異なる、太陽光エネルギーの受け取り方
金星

雲層での大気・雲による吸収60-70%[画像クレジット: JAXA]

UVI雲[画像クレジット: JAXA]
地面の様子は直接着陸しなければわからなかった

地面にまで届く光
わずか 12 %ベネラ13・14号機

5

地球と金星で全く異なる、太陽光エネルギーの受け取り方
Pioneer Venus探査機による調査

金星[Tomasko et al., 1980]

雲層での大気・雲による吸収60-70%

雲

金星の高度 (km)

80
70

雲層

60
50403020

測定値が急激に減少＝雲と大気が太陽光を吸収

10

地面にまで届く光
わずか 12 %20 40 60 80 100 120 140 160

各高度で測定された太陽光エネルギー(W / m2) 6

地球と金星で全く異なる、太陽光エネルギーの受け取り方
金星

雲層での大気・雲による吸収60-70%

雲

金星では太陽エネルギーのほとんどが雲層で吸収され、大気運動が作られる

1. 雲層での加熱をエネルギー源とする現象
2. 加熱そのものの安定性©ISAS/JAXA
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LIRによって初めて決定された、金星における熱潮汐波の全球構造

1.研究の背景地球と金星の違い：太陽光による加熱に着目して

2.熱潮汐波とはなぜ熱潮汐を調べることが重要か

3.熱潮汐波を検出するために

あかつき/LIRの利点: 赤道軌道＋昼・夜別なく観測4.得られた成果

金星を取り巻く熱潮汐波の全体構造 (世界初!)- 温度場: 3金星年分のデータを平均- 風速場: ノイズ低減の工夫

5.今後

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熱潮汐波とは？

気圧・温度場・風速場に影響を与える気象現象。地球にも存在太陽光による加熱が引き起こす「大気の潮汐」

2018.12.07:
あかつき記者発表資料より[画像クレジット: JAXA]9熱潮汐波とは？

気圧・温度場・風速場に影響を与える気象現象。地球にも存在太陽光による加熱が引き起こす「大気の潮汐」

2018.12.07:
あかつき記者発表資料より[画像クレジット: 産総研]

[画像クレジット: JAXA]

10熱潮汐波の重要性
金星気象の最大の謎「スーパーローテーション」の生成・維持に関わる有力な現象[画像クレジット: JAXA]

スーパーローテーションの方向

熱潮汐波は雲高度から運動量を輸送する働き(スーパーローテーションと逆向き)

京都産業大学HPより https://www.kyoto-su.ac.jp/project/st/st17_02.html

反作用でスーパーローテーション方向に大気が加速
11熱潮汐波の重要性

シミュレーション結果 [Takagi et al., 2015][画像クレジット: JAXA]

熱潮汐波は雲高度から運動量を輸送する働き(スーパーローテーションと逆向き)

高度 (km)

金星気象の最大の謎「スーパーローテーション」の生成・維持に関わる有力な現象
スーパーローテーションの方向

京都産業大学HPより https://www.kyoto-su.ac.jp/project/st/st17_02.html

加熱の起こる雲層で風速最大反作用でスーパー東西風速(m/s)
ローテーション
方向に大気が加速
12熱潮汐波の重要性

あかつきプロジェクトページよりあかつきミッションとして当初より解き明かしたい現象の一つ [画像クレジット: JAXA]
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LIRによって初めて決定された、金星における熱潮汐波の全球構造

1.研究の背景地球と金星の違い：太陽光による加熱に着目して

2.熱潮汐波とはなぜ熱潮汐を調べることが重要か

3.熱潮汐波を検出するために

あかつき/LIRの利点: 赤道軌道＋昼・夜別なく観測4.得られた成果

金星を取り巻く熱潮汐波の全体構造 (世界初!)- 温度場: 3金星年分のデータを平均- 風速場: ノイズ低減の工夫

5.今後

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熱潮汐波を観測することの難しさ昼側
シミュレーションでの予想

夜側

風速場に現れる熱潮汐波構造(東西風速)[画像クレジット: JAXA]

・熱潮汐波＝惑星全体を取り巻く巨大構造を作る
・全容を理解するためには昼側だけでなく、夜側の情報も必要温度場での熱潮汐波[Takagi et al., 2018]15

熱潮汐波を観測することの難しさ昼側
シミュレーションでの予想

夜側

風速場に現れる
熱潮汐波構造[画像クレジット: JAXA](東西風速)
あかつき/UVIで観測された
風の分布

・熱潮汐波＝惑星全体を取り巻く巨大構造を作る
・全容を理解するためには昼側だけでなく、夜側の情報も必要[画像クレジット: JAXA]

昼側の一部のみの情報
16[Yamamoto et al., 2019]あかつき/中間赤外カメラ(LIR)の利点
雷カメラ[画像クレジット: JAXA・立教大]

熱赤外カメラ
紫外カメラ
近赤外カメラ(1μm)
近赤外カメラ(2μm)
電波掩蔽(えんぺい)[画像クレジット: JAXA]

打ち上げ前のLIR試験 [Fukuhara et al., 2011]

人間の目では見えない
波長10μmの光を使って対象自身が放つ中間赤外線を観測= サーモグラフィと同じ原理「温度」を測定するカメラ17あかつき/中間赤外カメラ(LIR)の利点
UVI (紫外カメラ)
雲が反射する太陽の光を観測(= 昼側のみ)LIR (中間赤外カメラ)
金星自身が放つ中間赤外線を観測

LIRは昼・夜の別なく観測できる！
特にLIRの観測する雲頂で昼・夜両方の温度・風速を計測可能に[画像クレジット: JAXA・立教大・北海道情報大・北大・東大・産総研・岡山大・東邦大]

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あかつき/中間赤外カメラ(LIR)の利点

過去の探査衛星にはない、あかつきならではの観測

あかつき/赤道軌道の利点:- 北・南両半球を広く、長く観測できる= 惑星に広がる熱潮汐波の構造を取り出しやすい

3金星年分以上！

[画像クレジット: JAXA・立教大・北海道情報大・北大・東大・産総研・岡山大・東邦大]

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目次

1.研究の背景地球と金星の違い：太陽光による加熱に着目して

2.熱潮汐波とはなぜ熱潮汐を調べることが重要か

3.熱潮汐波を検出するために

あかつき/LIRの利点: 赤道軌道＋昼・夜別なく観測4.得られた成果

金星を取り巻く熱潮汐波の全体構造 (世界初!)- 温度場: 3金星年分のデータを平均- 風速場: ノイズ低減の工夫

5.今後20LIR画像から熱潮汐成分を取り出す: 温度場
解析上の注意点あかつき

𝑒𝑒 = 60°高度
出射角𝑒𝑒

𝜏𝜏 = 1∝ 1 − cos𝑒𝑒

金星の雲から放たれる
中間赤外線𝜏𝜏 = 1

出射角が大きくなるほど(あかつきが地平線近くに見えるほど)、雲の散乱の影響を受けやすい = 計測高度が高くなる⇒ 本研究ではまず出射角60°(~69 km)で調査

𝑒𝑒 = 45°

高度~69 km

高度~67.5 km

21[画像クレジット: JAXA・立教大・北海道情報大・北大・東大・産総研・岡山大・東邦大]

LIRで得られた熱潮汐波の構造 (世界初!)
昼側

3金星年分

夜側

緯度 (degrees)

40-3

高度: ~69 km(e = 60 deg)

各緯度での平均温度

40202000-20-20-40-4006

熱潮汐波成分 (K)31218
金星地方時 (hour)24
誤差: ~0.1 K

約-50℃

221222
輝度温度 (K)[Kouyama et al., 2019][画像クレジット: JAXA ・産総研・立教大・北海道情報大・北大・東大・岡山大・東邦大]

22

LIRで得られた熱潮汐波の構造 (世界初!)

SR

太陽の動き

高度: ~69 km(e = 60 deg)

解析外の領域

1太陽日(~117地球日)かけて金星を一周する模式図
太陽の動きとともに金星上を移動 (スーパーローテーションとは逆向き)[画像クレジット: JAXA ・産総研・立教大・北海道情報大・北大・東大・岡山大・東邦大]

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一日潮・半日潮成分など詳細構造が明らかに

一日潮汐 (24時間に1つの波)
e=60° (69 km)

半日潮汐 (12時間に1つの波)

e=60° (69 km)

200-20-402000-20-40061218Local time (hour)

赤道域で振幅が小さく中緯度・高緯度で振幅大

24061218Local time (hour)-424

赤道～中緯度まで大きな振幅
緯度40°までフラットな構造[画像クレジット: JAXA ・産総研・立教大・北海道情報大・北大・東大・岡山大・東邦大]

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Temperature (K)40
Latitude (degrees)

Latitude (degrees)40

LIR画像から熱潮汐成分の3次元構造を取り出す
あかつき

𝑒𝑒 = 60°高度
出射角𝑒𝑒

𝜏𝜏 = 1∝ 1 − cos𝑒𝑒

金星の雲から放たれる中間赤外線𝜏𝜏 = 1

あかつきに向かって光が放たれる角度(出射角)ごとに観測される高度が異なることを活用

𝑒𝑒 = 45°

高度~69 km

高度~67.5 km[画像クレジット: JAXA ・産総研・立教大・北海道情報大・北大・東大・岡山大・東邦大]

25

2 kme = 45°

67.6 kme = 30°67 km

Latitude (deg)68.9 km

Latitude (deg)e = 60°Latitude (deg)

半日潮汐成分の3次元構造

波の傾きを検出0＝気象力学の理論により、この半日潮汐波が大気を加速していることを示唆

612Local time (hour)

182426[After Kouama et al., 2019]

LIR画像から熱潮汐成分を取り出す: 風速場
画像の重ね合わせによる雲の模様の可視化
地理座標に展開し細かな模様を強調した画像
ノイズ大

多数の画像の重ね合わせ処理により温度分解能を上げた画像
ノイズ小 → 雲の移動が見える

緯度

緯度

元画像

[Fukuya et al., 2019, EPSC]

経度

経度[画像クレジット: JAXA ・産総研・立教大・北海道情報大・北大・東大・岡山大・東邦大]

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LIR画像から熱潮汐成分を取り出す: 風速場
昼側での雲の動きの典型例[Fukuya et al., 2019, EPSC][画像クレジット: JAXA ・東大・立教大・産総研]* 南北方向の風の動きを強調する座標系(スーパーローテーション成分をキャンセル)昼と夜の境界正午
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LIR画像から熱潮汐成分を取り出す: 風速場
夜側での雲の動きの典型例* 南北方向の風の動きを強調する座標系(スーパーローテーション成分をキャンセル)雲頂高度では世界初の成果[Fukuya et al., 2019, EPSC][画像クレジット: JAXA ・東大・立教大・産総研]

昼と夜の境界正午
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LIR画像から熱潮汐成分を取り出す: 風速場
昼側での雲の動きの典型例[Fukuya et al., 2019, EPSC]

これまで得ることができなかった、昼・夜の風の場の違いが初めて明らかに- 昼側で赤道から高緯度へ向かう流れ- 夜側で赤道に向かう流れ

夜側での雲の動きの典型例

昼と夜の境界正午
理論的には予想されていたが観測的に得られたのは世界初[Fukuya et al., 2019, 30
EPSC]

LIRによって初めて決定された、金星における熱潮汐波の全球構造

1.研究の背景地球と金星の違い：太陽光による加熱に着目して

2.熱潮汐波とはなぜ熱潮汐を調べることが重要か

3.熱潮汐波を検出するためにあかつき/LIRの利点: 赤道軌道＋昼・夜別なく観測4.得られた成果

金星を取り巻く熱潮汐波の全体構造 (世界初!)- 温度場: 3金星年分のデータを平均- 風速場: ノイズ低減の工夫

5.今後

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観測とシミュレーションの比較・融合

あかつき/LIRによる金星全体の観測データ

温度場

緯度 (degrees)

4020

全球シミュレーションデータ
温度場

比較してみると暖かい・冷たいの地方時が正反対

0-20-400

風速場(南北風)
昼側61218
金星地方時 (hour)

夜側24[Kouyama et al., 2019]

南北風[Takagi et al., 2018]

夜側

昼側[Fukuya et al., 2019 EPSC][画像クレジット: JAXA ・産総研・立教大・北海道情報大・北大・東大・岡山大・東邦大]

夜側32

本資料のまとめ- スーパーローテーションの生成メカニズムとして有力な「熱潮汐波」を、より深く理解するために必要な・温度場の全球構造・昼・夜両面での風速場がLIRによって初めて取得された。
- 「あかつき」が選択した赤道軌道も重要な貢献。
- 更なるデータ解析や、シミュレーションとの比較を進めることで、熱潮汐波の重要性を明らかにしていきたい。
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