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日本惑星科学会誌Vol. 30, No. 1, 2021

一番星へ行こう！日本の金星探査機の挑戦 その45
～IR2夜 面データのクリーンヒット！静 穏 領 域
CALMの発見～
佐藤 毅彦1,2,LEON/IR2チーム（要旨）あかつきI R 2による金星夜面データを「測光 」仕事に使うことを妨げる問題点，それを解決するために開発した手法，そして金星大気中の静穏領域 CA LMの発見について紹介します．内容としては，科学雑誌 Ica r usに発表した論文 [ 1]のエッセンスで，それをストーリー仕立てで語ります．

1.「昼面からのコンタミ」を取り除け！

野が広い）[4]．金星夜面を撮像するとき，同じ視野内に何桁も明るさの違う昼面三日月が入ります．これ

あかつきI R 2カメラの顕著な業績はこれまで，「赤が P S Fで広がる影響＝「昼面からのコンタミ」は甚大

道ジェットの発見」[2]や「下層雲の形態学」[3]などでで，夜面の明暗はすべて「下駄を履いた」形になりました．これらは何らかの画像強調処理を行って雲のすし，しかもそれは昼面からの離れ具合によっても模様を見やすくし，その運動を追跡したり，形 状変一定しません．
「素のデータ」がこれでは「測光 」仕事化を追ったりする仕事です．当然のことながら強調ができない…I R 2チームに危機感が漂います．

処理を行った画像は，模様の正確な明るさを調べる「測光 」仕事には向きません．
「雲粒子の光学的・物理的性質（波長 2. 26, 1.735 µmの組合せ）」や「大気下層の C Oの定 量（波長 2. 26, 2. 32 µmの組合 せ）」といった，I R 2カメラの重要研究テーマでありながらこの「昼面からのコンタミ」除去を達成すべく，精鋭の悪戦苦闘が続いていました．

2.「コロンブスの卵」

これまでなされなかったのはその「測光 」仕事ですかできてしまえば単純なことではありますが，時間的ら，強調処理前の「素のデータ」からそれを測らなけに近接して得られた2. 26 µm画像
（図1a）から2. 32 µmればなりません．しかしそこに立ちはだかる問題が画像（図1b）を引き算することで，このコンタミ除去があったのです．

達成できました．その原理は次のとおりです．

それが「昼面からのコンタミ」です（図1a , b）．I R 2・ 両画像は波長が近いことから，昼面の明るさは似の検 出素 子（白金 シリコンP t Si）は 厚み 400 µmのています．当然，夜面に被さるコンタミの強さも似シリコン基 板に微 細加工で形成されています．シリています．1に近い係数で若干の明るさ補正をした

コンは赤外線には透明なので，どうやら基板内部で上で引き算することで，コンタミは消えてしまいま多重反射が起きるらしく，強い点光源からの光は大きく外へ広がってゆきます（点広がり関数 P S Fの裾1.宇宙航空研究開発機構・宇宙科学研究所
2.総合研究大学院大学・物理科学研究系・宇宙科学専攻

す．
・ 一方，夜面の雲模様は熱い下層大気による下からの熱赤外線により照らされています．波長 2. 32 µm
はその下層大気に存在する一酸化炭素の吸収で減光していますので，引き算をしたあとも夜面の一番星へ行こう！日本の金星探査機の挑戦 その45 ～IR2夜面データのクリーンヒット！静穏領域CALMの発見～/佐藤,LEON/IR2チーム

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図1：「昼面コンタミ」除去プロセス．a) オリジナル2.26 µm画像．b) オリジナル2.32 µm画像．c) aからbを引いて夜面をクリーンにしたもの．
d) aからcを引いて「昼面コンタミ」成分だけを残したもの．
（文献[1] CC -BY 4.0）

雲模様はしっかりと見え続けます．

ました．これを元の2. 26 µ m画像から引くと，何が残基本的な原理は，たったこれだけのことです．とはるでしょうか？それは「昼面のコンタミ」そのものです

いえ良好な測光精度を得るためには，各ステップで（図1dの2. 26N T C: net cont a m i nat ion）．もうひともうちょっと考慮すべきことがあります．

つの夜面波長である1.735 µ mデータに対しては，こ・ 引き算をする際に乗じる補正係数は「本来の昼面の2. 26N T Cをまた係数倍して引き算することで，昼の明るさ違いを補正」と「キャリブレーション誤差面コンタミの影響を軽減できたのです（いろいろな理分を補正」の両方を行います．最適な係数は昼面由で「除去」とまでいえないところが，少々苦しいですから深宇宙に広がった光を実測し，実データからが）．

求めます．
・ 引き算後に見えている夜面は，当然のことながら，2. 26 µ m夜面本来の明るさではなく「目減り」しています．どれだけ目減りするかは，C O 吸収波長帯である2. 32 µ m夜面の明るさによる，すなわちこの目減り分を評 価することで副次的に下層 C Oの量がおおまかに分かる，というおまけがついてきま

こうして， 初めて「測 光 」仕事に使 えるI R 2 夜 面
データを手にし，いよいよデータ解析となります．

3. 座標に縛られるな．
座標を使いこなせ！
伝 統的に，2 波長（2. 3 µ m , 1.74 µ m）で測定さす．

れた夜面模様の明るさを相関プロットにし，その中はい， これで「引き算ののちに目減り分を補 正」から情報を引き出す手法がとられています [ 5, 6]．ク

して，昼面コンタミの影 響が取り除かれた2. 26 µm

リーンになったI R 2データをその方法でプロットしてデータ（図1cの2. 26CL N: clea ned n ight）が得られも，どうも特 徴がうまくつかめません（図2a）．そこ16

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図2： クリーンとなったIR2データを2波長（2.26 µmと1.735 µm）の相関プロットで解析．a) 通常用いられる座標系（横軸2.26 µm，縦軸1.735 µmともに常用対数）．b) 新しく導入したM3L 座標系にプロット．中央右寄りの縦に集中したデータ群がCALM．
（文献[1] CC -BY 4.0）で，座標変換により特徴抽出を試みました．まず図

図でピンクに色づいた領域が CA L Mに対応した場

2aの右上がり直線が水平になるような「せん断変換」

所です．黄色はCA L Mではない普通の（？）場所，濃を導入し，次に縦軸を拡大して特徴を見やすくした

い紫色は特に1.735 µ mでコンタミ軽減が 不十分なものが図2bです．金星雲粒子のモード3（ 大粒子）を（「除去」といえないのは，このあたりが理由です）場増減させたときの明るさ変化がほぼ 水平になるよう所に対応しています．

な変換なので，この新しい座標系をM 3L（Mode 3

こうして見るとCA L Mは，中緯度～高緯度の明るL eveled）座標系と名付けました．図にオーバーレイ

い，そして「グチャグチャ感のない」領域に対応してしているグリッドは，おおよそ水平方向の変化がモーいるようです．そして面白いのは，赤道の暗いバンド

ド3 粒子を増減させた場合（M 3Lの定義ですね），おとの境界を形成する特に明るい領域はCA L Mではおよそ垂直方向の変化がそれ以外の粒子を増減さない（図3の 0826 -2203画像）ことです．さらに，明るせた場合に対応しています．

いストリークもその周辺にCA L Mのピンク色がある

そうすると，とても特徴的なデータ点の集団が見ものの，コア部分はCA L Mでなくなっています（図3

えてきました．われ われ はこれを CA L M（Cloudsの0828-2203画像）．これらのことから，われわれはA l ig ned Li nea rly i n M 3L）と命名し，その性質をCA L Mを次のような場所であると解釈しました．

調べてみることにしたのです．それにしても座標を変・ CA LM領域は比較的静穏な場所で，そこではモー換するだけでこんなものが見えてくるというのは，なド粒子の構成比が，原材料である硫酸蒸気の量，かなか愉快なことですね（この頃には，危機感はすっ平均的な鉛直 対 流 場などにより達 成される平 衡かり薄れてしまっています）．

状態で決まると考えられます．

4. CALMの正体を探れ！

・ 赤道暗帯との境界，ストリークのコアなどはおそら
く強い下降流が生じている場所と考えられます（実際に後者は，高解像度数値計算により，モデル上次には，CA L Mはどのような領域なのか，データではそうであることが示されています [ 7] ）．その点をI R 2画像に再マップして調べてみました（図3）．

ような場所ではモード粒子の構成比が 平 衡状 態

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図3： CALMの夜面画像における識別（ピンク色の領域）（文献[1]．
CC -BY 4.0）を保ち続けることができず，CA L Mから外れるでしょう．

参考文献というものです．CA L Mという名は，この「静穏な場[1] Satoh, T. et al., 2021, Icarus 355, 114134.

所」という意味をもたせるためにつけたわけです．

[2] Horinouchi, T. et al., 2017, Nature Geoscience

金星の観測データから直接的に鉛直運 動を示す

10, 646.

ことは難しいのですが，この解析結果はそれを可能[3] Peralta, J. et al., 2019, Icarus 333, 177.にするひとつの方向性を示したと考えています．

[4] Satoh, T. et al., 2017, Earth Planets Space 69,

5. IR 2データをしゃぶりつくせ！

154.
[5] Carlson, R.W. et al., 1993, Planet. Space Sci. 41,477.というわけで，I R 2 夜面データを「測光 」可能な品質に向上させることができ，そこから第一弾としての科 学成 果を得ることが できました．
「昼 面コンタミ」
除去として他にも検討・開発している手法（デコンボリューションを用いるなど）もあり，I R 2データをしゃぶりつくすフェーズの入り口に，ようやくたどり着いたといえます．危機感は期待感に変わりました．

[6] Wilson, C. et al., 2008, J. Geophys. Res. 113,10.1029/2008JE003108.
[7] Kashimura, H. et al., 2019, Nature Communications 10, 23.