金星の「雲」を観測すれば、地表や大気の謎が解けるかもしれない：探査機「あかつき」の調査で明らかに

金星というのは本当に不思議な惑星だ。地球と同じ岩石質の惑星で、大きさや質量も地球と同程度である。それなのに、どんどん高まる温室効果、ありえないほど高い表面温度と気圧、厚い雲層といった特徴を有する。「金星と地球は、2つのチョコレートケーキミックスを使って、チョコレートケーキ（地球）とレモンケーキ（金星）ができあがったようなものです」と、NASAの元主任研究員エレン・ストーファンは語る。

金星をさらに不思議な星にしているのは、上層大気の雲が自転速度よりも速いスピードで吹いていることだ。この「スーパーローテーション」と呼ばれる現象により、秒速100mで吹く雲が金星の大気を霞のように変えてしまうのである。ただし、一部の山岳地帯では雲がストップしてしまう現象を除いて。

2015年12月、日本の宇宙航空研究開発機構（JAXA）の金星探査機「あかつき」に載せられた赤外線カメラが、初めて金星の雲の動きが遅い部分を発見した。ほかの科学者たちも以前からその仕組みを推測していたものの、確かな証拠を手にしたのはあかつきが初めてだった。あかつきがとらえたのは、金星の山岳地帯にかかる、6,000マイル（約9,600km）もの広大な弓状の雲だった。

2017年1月に『Nature』に掲載された論文で、立教大学の大気物理学者・田口真は、この弓状の雲が大気中を伝わる重力波によって生じ、金星の突風を弱めているのではないか、と推測している。弓状の雲をさらに調べることで、科学者たちは金星の厚い雲の下で何が起こっているのかを解き明かせるかもしれない。

弓は常に高山の上に

まず第一に重要なことは、田口がここで述べているのは流体力学における重力波 （gravity wave）であって、相対論において時空間に生じるさざ波を意味する重力波（gravitational wave）ではないということだ。

流体力学の重力波は、相対論のそれよりも昔から知られたものである。たとえば山や海のような凸凹の表面の上を風が吹くとき、上に行こうとする空気中の粒子と、それを下に引こうとする重力との間に押し引きの関係が生まれる。それが重力波を生み出す。

この現象がパタゴニアのアンデス山脈のような山岳地帯で起きるとき、重力波は上空に真っすぐ進み、雲頂に達したときに消滅する。波は上空で大気がどう動いているかにかかわらずほぼ垂直方向に上がっていくので、周囲の大気の流れを遅くさせるのだ。

田口は、同じことが金星の表面でも起きていると考える。「わたしたちは、重力波が生じる現象の鍵は高地にあると考えています。これまでに15以上の弓状の雲を発見してきましたが、たいていの場合、高山の上空を中心に弓が現れているからです」と田口は言う。

たとえば2015年に赤外線カメラがとらえた最初の巨大な弓は、アフリカ大陸ほどの大きさをもつ「アフロディーテ大陸」の上空に現れた。低層大気や地表のある状態が垂直の重力波を生み出し、それが金星の雲の頂上部に到達することで、高温で明るい、安定した弓状の雲をつくり出しているのかもしれない。弓の形状は、その下にある山岳地帯の構造と関係があるのだろう。

ほかにも、人間の目には見えない多くの要素が同時にかかわっている。「雲の粒子が太陽光を散乱させるため、金星は一様に明るくなります」と田口は言う。「これらは人間の目では見ることはできません。だからこそ、わたしの代わりに金星に行ってくれるセンサーを手にできたのは素晴らしいことなのです」

雲を見れば金星がわかるか

この研究の前までは、科学者たちは重力波は低層大気に閉じ込められており、それほど上空まで伝わるとは考えていなかった。そしてその仕組みを理解したいまでさえ、この弓状の雲がどのようにしてできるかを理解するのは難しい。言うまでもなく、15のサンプルはあまりにも少なすぎる。

「山岳地帯の風を調べればいい、というほど単純ではありません。弓状の雲は、金星の午後遅くにしか見れないからです」と、カリフォルニア大学ロサンゼルス校（UCLA）の地球物理学者ジェラルド・シューベルトは言う。なぜ、ある決まった時刻にだけ巨大な垂直の重力波が生じるのかは誰にもわからない。「それこそが、われわれが次の段階で解き明かさねばならない問いになります」と、田口は語る。

だが今回の研究は、不完全とはいえ将来性に満ちたものだ。弓状の雲は、金星の地表や低層大気の状態を、あるかたちで反映したものといえる。そうでなければ、金星は厚い雲層にほとんど覆われてしまったいるだろう。つまり雲を見ることで、科学者たちが高額な宇宙探査機を送ることなしに、金星の特定の地域を調べられるかもしれない。「上層の雲の熱構造を観察することで、低層大気の状態を推測できるようになるでしょう」と田口は言う。

さらに、低層大気が上層に大きな影響を与えるかもしれないというアイデアは、金星の風変わりな状態に対する科学者たちの考え方をも変えうる。「どのようにして大気がスーパーローテーション状態になるのか、まだ完全にはわかっていません。しかし、重力波がそのひとつの要因であることは間違いないでしょう」とシューベルトは言う。「弓状の雲を調べることで、重力波が大気動力学においてどのような役割を果たしているのかがさらにわかるでしょう」

金星の雲の上に浮かぶ宇宙ステーション計画、HAVOC

TEXT BY EMMA GREY ELLIS