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あかつき、金星大気の謎を深める「赤道ジェット」を発見 (後編)

2017年10月23日(月)

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誰も予想しなかった金星の「赤道ジェット」は、「あかつき」に搭載された5つのカメラのうち、「IR2」と呼ばれる赤外線カメラで見つけられました。あかつきの赤外線カメラには「IR1」「IR2」「LIR」の3つがあります。今回主役の「IR2」は搭載の冷凍機によりカメラの心臓部をマイナス200℃ほどの極低温に保つことで、高性能を実現しています。

金星探査機「あかつき」(PLANET-C) 2μmカメラ(IR2)

金星探査機「あかつき」(PLANET-C) 2μmカメラ(IR2)

「IR2」は波長2μm前後の赤外線に感度を持っており、この波長の赤外線は金星大気でいうと高度30km前後から上の様子を知ることができます。

いっぽうで「赤道ジェット」が存在するのは、それよりも高い「45〜60km」。従来、その層の雲の動きは、さらに上層(雲頂で70km前後)の雲に隠され、可視光では見ることができませんでした。

「IR2」では、ちょうど「カーテンに越しに見える人影」を屋外から見るような手法で、「45〜60km」に存在する雲の影絵を連続的に撮影し、その動き(=風速)をとらえました。ここでいうカーテンに相当するのが最上層の雲となります。それも遮光性ではなくレースのカーテンです。太陽光に照らされる昼は、レースのカーテンで太陽光が散乱されるため室内の様子はわかりません。しかし夜になると、カーテンを透かして室内の人影をそのシルエットからうかがい知ることができます。照明光に相当するのが波長2μm前後の赤外線となります。

カーテン越しの昼夜の違いのイメージ図。夜(右)は人影がシルエットでうかがえる

カーテン越しの昼夜の違いのイメージ図。夜(右)は人影がシルエットでうかがえる

このカメラで取得された画像から風速を導き出すには、さらにいくつかの関門があります。堀之内先生の研究グループは、独自の雲追跡手法を使って解析を行いました。その手法の概要は以下のようなものです。

1. 連続画像から雲の動きを抽出するうえで、金星の自転や探査機の軌道運動が問題となる。そうした影響をキャンセルするため、取得された画像を、仮想的な固定点から見た画像に変換する。
2. 雲画像のパターンマッチングにより、画素ごとの動きを推測する。時系列の前後の画像だけでなく、前々や前々々など多数の画像を同時に解析することで確度を高める。
3. 雲の動きの速度から、風速が得られる。

プレスリリースでは「今後への期待」として、

  • 赤道ジェットの原因は今のところは不明だが、説明可能なメカニズムは絞られる。
  • そのメカニズムはスーパーローテーションの諸理論と関わりがある。
  • ジェット生成だけでなく、スーパーローテーションの解明にも有用な知見が期待できる。
  • 地球や系外惑星など、幅広い惑星大気の理解につながる。

などを挙げています。

いっぽうで、今回の発見をもたらした「IR2」ですが、実は昨年末からIR1とともに観測を休止しており、詳しい事情がこちらで説明されています。

両カメラが使用する電源回路のトラブルで起動せず、カメラそのものが健全であるか確認できない状態です。地上モデルを用いての再現試験や電源投入手順(シークエンス)の試行も行いながら、スイッチONとなる方法を模索していますが、いっぽうで高感度観測の鍵を握る冷凍機は健全で、所定の低温が維持されているといいます。なんとか電源さえ入れば、観測再開が期待できる状況ではあります。

いずれにせよ「あかつき」は5年のブランクを耐え抜き、あるもので何とかして金星周回軌道にたどり着いた探査機です。探査機の状態が健全であり続ければ、軌道制御のための推進薬の残量が寿命を决めますが、すでに残量は誤差の範囲。ただ、約200kg(推進薬120kg+酸化剤80kg)搭載した燃料の1%が残っていれば、まだ10年の運用が可能といいます。しぶとく観測を続けてくれることを期待したいところです。

左から「あかつき」プロジェクトチーム プロジェクトマネージャ・中村正人教授、
「IR2」責任者・佐藤毅彦教授、北海道大学・堀之内武准教授(ISAS客員准教授)

(後編おわり)

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『あかつき』の2010年12月の軌道投入で、これはぜひともやらねば…と決意したのは、『はやぶさ』でも明らかにされていた"神頼み"でした。川口淳一郎先生自ら中和神社(岡山県真庭市)に出向かれたことはよく知られています。
で、あくまで「勝手連」的にではありましたが、『あかつき』のために神頼みを敢行しました。
実際のところ、"あかつき神社"なるものはありそうでなく、金星にかかわりがある神社、あるいはほとんどダジャレでお参りする神社を探して出向きました。
まず、名綱神社(八王子市暁町-暁(あかつき)町にあるというのがポイント)、八王子駅のほぼ真北で、暁橋を越えて向かうときは高揚感がありましたね。
次に、銀杏岡八幡神社(台東区浅草橋)です。かつて、東北征伐のために源義家公が陣を置いていたところ小川に流れてきた銀杏の枝を取り上げ、丘に差して「朝敵征伐のあかつきには、ここに銀杏の枝葉栄うべし」と戦勝祈願をしたとの伝承があります。これも、『あかつき』にピッタリ!
そのあと、中央区築地の『あかつき』公園で休憩し、『はやぶさ』でも知られるようになった飛不動尊に出向いた、というのがモデルルートの1つです(すべて開き直りに近い、ダジャレです)。
ほかには、大甕(おおみか)神社(茨城県日立市)や鞍馬寺・貴船神社(京都府)にも詣でてきました。鞍馬寺(烏天狗でも知られている)では、人間の力を信じて「何か異常事態が起きる兆しがあったら知らせてほしい」と願をかけた次第。
貴船神社は水に縁のある神社で、馬をあしらったステッカーに「なにごともウマくいく」とこれまたダジャレが書かれていたので、気に入ってお土産としました。
2015年の軌道再投入が無事成功したときには、これらすべての寺社へとお礼参りにも出向いています。
印象深かったことは、「神頼み」で大和八幡神社(千葉県八千代市)へ出向いた帰り、夕闇の中、不慣れな土地を歩き回ったために道に迷ってしまった時のこと、ちょうど西の空に金星が輝いていて、それで自分のいる場所と歩いていくべき方角のキャリブレーションができたことでした。「神頼み」のはずが金星に助けられたような形になったので、なんとも言えない気分にさせられましたね。
いずれにしても、関係者があきらめずに宇宙機の運用を続けたからこそ今回の成果発表に繋がったので、その点は賞賛すべきことだと思います。みなさん、よくここまで…。
IR2カメラの電源が入らない状況とありますが、電気関係の神さまに詣でるべきかなぁ…?確か嵐山の電電宮がその関係の寺社だったはず…。
一応念のため。これらすべての寺社へのお参りにかかる交通費並びにお守りの類を戴くにあたっては、私のポケットマネーで賄っています。いかなる公的機関からの支出も受けておりません。また、政教分離の原則に則って、特定の宗教を応援する意図もないことを明言しておきます。

 遅くなりましたが,素晴らしい研究成果おめでとうございます。
 動画で堀之内先生の,上手でわかりやすく親切な説明に,びっくりしました。
 思えば7年前のIKAROSと同時打ち上げで,金星軌道投入に失敗して5年,所期の目的を忘れずに設計通りの,金星の厚い雲の中,外部から3番目の層45~60kmをIR2カメラで狙い取りして,精密な分析を積み上げて新発見につなげられたことは,賛嘆を禁じ得ません。
 工学面で予想外の大成果を上げたIKAROSに負けず,5年間の辛抱の後わずか数ヶ月の観測データから大発見を見つけられたご努力と工夫に,一般の宇宙マニアの一人として,大変嬉しく元気づけられます。
 科学探査の目標を,あかつきは次々に多くの発見で達成していて休眠中のIKAROSくんも喜んでいるでしょう。
 IR2カメラは残念ながら2017年3月に故障したとのことですが,まだ昨年7月以降の観測データの分析も残っているとのことで,さらに宝物を発見されることを祈ります。

IR1 IR2 のカメラが起動するように
みんなであかつきに念力を送信しよう!

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