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日本惑星科学会誌Vol. 33, No. 2, 2024

一番星へ行こう！
日本の金星探査機の挑戦 その58
～ 雲頂の風と波 ～堀之内 武1「一番星へ行こう！」への寄稿は2020 年以来4 年ぶ

波数 1の惑星規模波動の変動を研究しました．

り2回目です．このぶんだと次は2028 年でしょうか．

過去には，ロム-スカーグル( L S )ピリオドグラムをそれまであかつきが元気に観測を続けてくれたら最使って V Exの365 nm 風を5~8 年分 解 析した研 究高です．というのも，今回の話題は，「 長く観測して初[ 3, 4]により，V Exの観測期間中に徐々に超回転がめて見えてくること」です．最近出版された論文 [ 1]の速くなっていたことが明らかになり，さらに周期二百話をします．こちら，地味だけど実はエポックメーキ数十日程度の周期的な変 動の存 在も示唆されまし

ングと，自分では思ってます．

た．ただし，[4]は，この周期的変動には実体がなくあかつきの紫外線イメージャーU V Iは，365 nm偽物である可能性があると解釈しました．[4]は[ 3]に付近と283 nm付近の2 つのフィルターで，雲による比べて，解析対象期間が数年多かったのですが，す太陽光の反射を捉えます．365 nmは，いわゆる未知ると[ 3]より10%ほど短い卓越周期が得られました．

吸収物質によりコントラストが大きくつき，P ioneer

それが観測軌道の特 性に基づく人 為的な周期に近Venus O rbiter，Venus Expres s ( V Ex) でも採いことから，実体を疑ったという次第です．

用された伝統的な波長です．283 nmは，未知吸収[ 3]と[4]の見立てのどちらが正しいのでしょうか．

物質に加えて，S O 2 の吸収も起こります．両波長で捉

しかし，その問い以前に私は，ピリオドグラムを使っえられる模様には正の相関があり，似ていることがて時系列にフィットする単色波的な周期的変動をみ多いのですが，あまり似てないときもあり，そういうつけようとするアプローチ自体が必ずしも妥当ではときは283 nm画像で雲追跡を行って得られる風（以ないと考えました．フィッティング結果を時系列に重後 283 nm 風と呼びます）のほうが 365 nm 風より速ねると確かに似てはいるものの[ 3]，より長い期間のい西向きの風になってることが，これまでのあかつきデータを使うと卓越周期が 変わる[4]ということは，の観測により明らかになっています [2]．金星の自転

単一の卓越周期を探すことは必ずしも生産的ではなの向きも西向ですので，要するに283 nmで捉えられいことを示唆します．そもそも，流体の運動においてる「超回転」（ スーパーローテーション）のほうが，365は，周期的なほうが例外的でしょう．周期的な変動

nmでのそれより速いわけですが，それはより高高度は，周期的な外力への応答や，比較的特殊な自励振の風を反映することが多い結果と考えられています

動の結果として現れます．一方で，気象学の歴史で[2]．具体的な高度差は不明ですが．

は，連続的なスペクトルの形から様々な示唆が得ら

今回出版した論文 [ 1]では，2015 年末から2023 年れてきました．たとえば，3 次元乱流のコルモゴロフ

3月までの7年強にわたるU V Iの観測から導かれた理論などの，スケール間相互作用によるエネルギー

283 nm 風と365 nm 風を用いて，超回転の変動と，等のカスケードの理論と観測，2次元乱流理論，飽和1.北海道大学地球環境研究院
horinout@ees.hokudai.ac.jp

内部重力波の鉛直波数スペクトルなどをあげることができます．後述する惑星規模波動の研究について

一番星へ行こう！ 日本の金星探査機の挑戦 その58 ～ 雲頂の風と波 ～／堀之内

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も，先行研究におけるスペクトルの扱いには種々違和感をもっていました．
そこで，金星大気の先行研究に倣うのではなく，気象学流にスペクトル解析を行うことにしました．ただし，観測ギャップの扱い等，気を付けるべきことがあり，よく考えないと簡単に落とし穴に落ちます．
詳しくは[ 1]に書きましたが，あかつきの紫外観測は（V Exでも），主に観測される「地方時」（ 実質的には太陽直下点に相対的な経度）が概ね金星の公転とともに遷移していき，昼面の観測が難しい時期があることに伴うデータギャップができるほか，地方時に固定された潮汐成分が誤って時間変動に見えてしまうという作用があります．後者の問題を防ぐため，先行研究では特定の地方時の風 速に限って使うことが行われましたが [ 3]，それだと多くのデータを捨てねばならずギャップ期間も増えます．一般論として，ギャップが増えると，良いフィッティング結果が偶然得られてしまう可能性も増します．そこで，平均的な潮汐成分を引いた上で，全データを使うことにしました．試みの成否は，得られたスペクトルに，軌道遷移に伴う人工的な周期が現れるか否かで判断できま

図1：文献[1]のFig. 8c．365 nmによる緯度南北20度以内の平均東西風のパワースペクトル．青はDFT，黒はLS法による．横軸は振動数または周期（ただし座標系は太陽直下点に基づいているので，東西波数0の場合に限る）．赤線は振動数の－1乗，－2乗に比例する傾きを表す．点線は振動数fについてa(c+f 2) -1の形を主観的に当てはめたもの（a, c は定数）．詳し
くは[1]を参照のこと．

す．様々なテストと考察を行い，自信が持てるスペクトルを得ることができました．

でしょう．一方，L Sは逆にスペクトルの期待値より大

図1は[ 1]に掲載したスペクトルの一部で，365 nmきくしがちであることを示せます（ [ 1]のAppend i x．

での東西風のスペクトルです．283 nmの結果も似て恐らく既存のL S 法の解説にはないのではないかといます [ 1]．最初に結果の質に関わるやや込み入った思います）．両者の差が小さい数十日以上の周期で話を書くので，その点に興味のない方は，この段落は，データギャップの副作用は小さいと言えます．なは飛ばして次に行かれて構いません．図1は F F Tにお，そうなったのは全データを使ったからで，特定のよる離散フーリエ変換 ( DF T )の結果（青）と，L S 法地方時のデータしか使わないと広範にギャップの影の結果（黒）の両方を含みます（L Sスペクトルはよく，響を受けてしまうことを，[ 1]に示しました．DF Tと実質的な周波数分 解能よりはるかに高い分 解能でL Sの両方の結果を示すこと，お勧めです（同様な先結果が示されます．単一の周期性の探索には良いの行研究は知らないです．恐らくこれまであまりなかっですが，人為的に滑らかな曲線が得られて結果の安たのではないかと思います）．

定性に関する勘違いが起こりやすいことから，ここ

さて，図1には二百数十日周期の変動の卓越はあではDF Tと同じ分解能で表示しています．論文を読りません．一方で目立つのは，周期300日ぐらいからむときは，こういうことも要注意です）．低周波では高振 動数でスペクトルが規則的に減っていくことで主にDF TとL Sで補間の有無が異なることから結果す．凡そ振 動数の－2 乗に比例して減ります．低周波が変わります．どちらが正しいということは言えないではスペクトルが頭打ちの傾向がみられ，線形緩和ので，両者の違いから不確実性が見えると考えるとのあるランダムウォークの位置のスペクトル（点線）によいでしょう．高周波ではシステマチックにL Sスペク形が似ています．細かく見ると，周期500日ぐらいにトルのほうが大きくなります．DF Tでは補間により高スペクトルの落ち込みがありますが，それには意味周波が抑えられがちなのは，考えればすぐお分かりがあるのか偶然なのかを判断するには，今後の研究192

日本惑星科学会誌Vol. 33, No. 2, 2024を待つ必要があるでしょう．スペクトルは全般に連続だし，やはり中立波として単純に鉛直上方に伝搬す的な様相を呈し，何らかの大気内部での変動によっるモデルを考えることは旗色が悪いと考えられますて超回転の速さが変動しているのではないかという[ 1]．

ことが伺えます．恐らく，単一の周期性を追求することにはあまり意味がないと疑われます．

以上のように，長期にわたる観測結果をきちんと料理し，よく考えて解釈するといろいろなことが見え

この結果は，気象学者の立場で考えると「まあそうます．超回転の変動要因に関する示唆，惑星規模波だよね」というものです．でも，あまり気象学に慣れて動の変動からの存在領域等に関する示唆は斬新で，いない研究者にとっては，発想の転換を求めるものより長期にわたる観測による研究が 望まれます．あかもしれません（様々な科学分野で，変動の研究といかつきの運用期限はこれまで二度にわたって延長さえばトレンドか周期性の探求だと思っている人は多れてきましたが，2024 年度から5 年間，新たな延長がそうです…）．では，もしも超回転の変動のスペクト認められました．その主な科学目標は長期変動の解

ルは連続スペクトル的だとすると，それは何によって明で，具体的なテーマ設定においては[ 1]が大きく役もたらされるでしょうか．今のところは，何らかの内立ちました．

部変 動によるのではないかということしか言えません．まさに今後の研究テーマです．
惑星規模波 動についても，7年強にわたるデータの解析より面白い示唆が得られました[ 1]．金星の雲頂付近の低緯度ではこれまで，超回転より少し速く伝播する，赤道ケルビン波に似た東西波数 1の波動と，超回転より少し遅く伝播する，赤道ロスビー波にもちろん，観測だけでなく，数値モデリング，そして理論的な研究も必要です．幅広い力を結集することで，今後も面白いサイエンスが展開できるのではないかと思います．

参考文献

似た東西波数 1の波 動が知られてきました（ [ 3]など[1] Horinouchi, T. et al., 2024, Journal of Geophysi-

多数の研究あり）．今回，前者は，超回転の速さのcal Research: Planets 129, e2023JE008221，
https://

変化にあわせて位相速度が変化することがわかりま

doi.org/10.1029/2023JE008221.

した．波の存在域が鉛直に狭く，雲頂付近に限られ[2] Horinouchi, T. et al., 2018, Earth, Planets, Spaceていると考えると説明はつきます．かつては地球の70，
https://doi.org/10.1186/s40623-017-0775-3.

成層圏におけるケルビン波とのアナロジーで，特に[3] Kouyama, T. et al., 2013, Journal of Geophysical

根拠なく下層からの伝播が想定されることもありま

Research: Planets 118, 3, https://doi.org/10.1029/

したが，それでは説明が難しいです．一方，赤道ロ

2011je004013.

スビー波的な波は比較的周期が安定しています．こ[4] Khatuntsev, I. V. et al., 2013, Icarus 226, 140，

れは，より深くから存在することと矛盾しません．たhttps://doi.org/10.1016/j.icarus.2013.05.018.

著者紹介
堀之内 武
北海道大学地球環境研究院教授．京都大学理学 研
究科地球惑星科学専攻修了．博士（理学）．日本学術振興会海外特別研究員（米国ワシントン大学），京都大学生存圏研究所等を経て2020 年より現職．専門は気象学・地球流体力学．日本気象学会理事，気象集誌編集委員長を務める．