金星現象論: 金星大気の風の場

目次

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金星現象論: 金星大気の風の場
地球流体電脳倶楽部

1996 年 7 月 22 日
目次
1 金星大気の風の場の観測方法

22 風の鉛直構造
2.1 東西風 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.2 南北流 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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3 風系の模式図

64 参考文献

6Abstract

金星大気の東西風, 南北風の高度分布について述べる.

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21 金星大気の風の場の観測方法

ここでは金星大気の東西風, 南北 流の高度分布について述べる. デ−タは パイオニ
ア・ヴィ−ナスの四つの探査船と一部のヴェネラ探査船のものである. 扱う高度は70 km 以下である.

1 金星大気の風の場の観測方法
金星大気の風の場を観測する方法には, 次のような方法がある.

1. 紫外線像
金星を紫外線領域でみると模様が見える. その動きが大気の動きと一致するとして, 模様の動きを観測し, 風の場とする.

2. 吸収線のドップラ−シフト
地球から 金星の縁の部分における CO2 の吸収線の周波数のずれを観測する.
そのずれが東西風によるドップラ−シフトであると考えて, 風速を計算する.

3. 探査機が発する電波のドップラ−シフト
探査機から発する電波の周波数のずれから, 地球よりみた視線方向の探査機の速度を求め, 視線方向の風速を知る.

4. VLBI1
探査機から発する電波を地球上で観測し, VLBI の手法により探査機の位置を知る. それにより探査機の動きがわかり, 風の場が求まる.

5. センサ−による観測
着陸したあと, 風速計によって風を測る. ソ連のヴェネラ 9 号, 10 号 がおこなった.

6. 遠心力バランス
圧力場のデ−タから圧力傾度を求め, 遠心力バランスの式を用いて計算する.
赤道付近では使えない.
この節では 3 と 4 によって得られたデ−タを扱う. 3 によって 地球と金星を結ぶ線の方向の風速の成分がわかり, 4 によって他のふたつの風速成分がわかるそうである. この方法による風速の観測の精度は 1m/s である.

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Very Long Base Interferometry

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2 風の鉛直構造

32 風の鉛直構造
2.1

東西風

図 1 はパイオニア・ヴィ−ナスの東西風のデ−タ, 図 2 はそれにヴェネラの結果を加えたものである. 縦軸は高さ, 横軸は風速を表し, 西風を正としてある. 図中には観測船の名前が記してある.
この図からいえることは次の通りである.

• 0 ∼ 60km の高度において, 風は西向きである.
• 風速は高度が高くなるにしたがって大きくなる.
• 高度 60km 付近では 東西風速は 70 ∼ 100 m/s に達する. これは, 紫外線像の解析による四日循環1 の速度と同程度である.
• 図 1 では DAY と NIGHT のデ−タがほとんど同じ構造を示している. DAYと NIGHT は観測時刻, 緯度がほぼ同じで経度が異なる. このことから, 「東西風速の鉛直分布は経度によらない」と解釈する人もいる2 .

紫外線領域でみたときの模様が, ほぼ四日で金星を一周していることからこのように名付けられた. 発見当時は大気の運動を反映しているものといわれていた.
2シリ−ズ ‘金星大気の圧力場’ の「遠心力バランス」を参照せよ.
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金星現象論: 金星大気の風の場

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風の鉛直構造図 1. 風速の西向き成分の鉛直分布. デ−タは四つのパイオニア・ヴィ−
ナスの探査機によるもの (Counselman et al. 1980).

図 2. 図 1 にヴェネラのデ−タを加えたもの (Schubert 1983).

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2.2

2 風の鉛直構造

5南北流

図 3 はパイオニア・ヴィ−ナスによる南北流のデ−タである. 赤道方向を正としているため, 北半球に着陸した探査機のデ−タと南半球に着陸した探査機のデ−タでは正の方向は南北逆になっている.
この図からいえることは次の通りである.

• 風速の絶対値は東西風に比べて非常に小さい.
• 高度 60km 付近より上に極向きの流れが存在する1 .
• 経度の近い NORTH と NIGHT のデ−タはどちらも高度 50km 付近で赤道向きの風が大きくなっている1 .
しかしながら, これだけのデ−タでいえることはあまりなく, 上に並べたいくつかの点も (下ふたつ), これだけのデ−タでは一般性を導くようなものではない.

図 3. 風速の南北成分の鉛直分布赤道向きが正の方向 (Counselman et al.
1980).
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ハドレ−循環の一部であるといわれている (Schubert et al, 1980).

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4 参考文献3 風系の模式図
気温の鉛直分布, 特に dT /dz − Γ の鉛直分布1 と, 南北風のデ−タをもとにした子午面循環と渦の形態の子午面断面模式図 (図 4) が提出されている (Schubert et al,1980). 左図の高度 60km 付近のハドレ−循環は図 3 の南北風のデ−タをもとに描かれたものである. その存在はかなり確実とされているが (Schubert et al,1980), それ以外の循環の存在は不確かなものであると言われている. 右図はおもに鉛直温度勾配をもとに得られた渦の形態で, 子午面循環以外の南北及び鉛直方向の熱交換の形態を表す.

図 4. 金星の子午面循環 (左) と渦の形態 (右) の子午面断面模式図. 左図の高度 60km 付近のハドレ−循環の存在はかなり確実であると言われている (Schubert et al, 1980).

4 参考文献Counselman III, C. C., et al., 1980: Zonal and meridional circulation of the lower
atmosphere of venus determined by radio interferometry. J. Geophys. Res, 85,8026-8030.
Moroz, V. I., 1981: The atmosphere of venus. Space Sci. Rev., 29, 3-127.

1シリ−ズ ‘金星大気の温度場’ の「鉛直温度勾配」を参照せよ.

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参考文献

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Schubert. G., 1983: General circulation and the dynamical state of the Venus atmosphere. VENUS, 684-685, the university of Arizona presss.

謝辞
本稿は 1989 年から 1993 年に東京大学地球惑星物理学科で行われていた, 流体理論セミナーでのセミナーノートがもとになっている. 原作版は野村竜一による「金星現象論」 (90/05/04) であり, 高木征弘によって地球流体電脳倶楽部版「金星現象論」として書き直された (96/07/22). 構成とデバッグに協力してくれたセミナー参加者のすべてにも感謝しなければならない.

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