厚い雲に覆われた金星の表面は、長い間、太陽系の中で最も神秘的で直接観察することが難しい環境の 1 つでした。極端な温度と圧力の下で限られたデータを短期間で返した着陸ミッションはほんのわずかです。今回、ソルボンヌ大学の科学研究チームが主導した新しい研究は、このようなまばらなデータ条件下でも、科学者が正確なモデリングを通じて散在観測から地表近くの風場、温度変化、塵輸送に関する重要な法則を抽出できることを示した。
この論文の筆頭著者であるソルボンヌ大学のマクサンス・ルフェーブル氏は、これまでの金星ミッションの測定結果に基づいて、地表近くの風と塵の動きに焦点を当てた地域数値モデルを構築するチームを率いました。目標は、今後の新世代の金星探査ミッションに、より現実の環境に近い「天気予報」を提供することです。この研究では、金星全体を均一な環境として扱うのではなく、金星の表面を高地（山地）と低地（平原）、熱帯地域と極地に分けてさまざまな領域に分け、それぞれの温度変化の振幅、風向と速度のパターン、そしてそれによる塵の舞い上がり能力を分析した。
歴史データは、金星への着陸に成功した探査機「Venera」シリーズから得られます。その観測結果によると、金星の表面付近の風速は毎秒約1メートルに過ぎず、地球上の典型的な風速約20メートルや火星の一部では最大毎秒40メートルに比べてもはるかに低い。しかし、金星の大気は非常に濃いため、このような厚い大気をこの風速まで加速するには膨大なエネルギーが必要です。したがって、たとえ風速が高くなくても、表面温度分布や塵の浮遊への影響は依然として大きい。
研究によると、金星の 1 日 1 晩は、地球の 117 日にほぼ相当します。この超長い昼と夜のサイクルは、大気の劇的な、しかし地域的な違いを引き起こします。低緯度の熱帯では、高地地域は日中太陽によって加熱され、「上り坂風」と呼ばれる地表近くの風が斜面に沿って上向きに吹きます（専門用語では「下り坂風」または「アナバティック風」）。夜になると、赤外線によって地表が冷やされた後、冷たい空気が斜面に沿って下に流れ、「下り坂風」（「カバティック風」）が形成されます。
この種の日内風向逆転は、局所的な風場の形状を変えるだけでなく、地表温度の変動にも直接影響を与えます。論文の計算によると、高地では下り坂の風による断熱圧縮温暖化の影響を受け、昼夜の温度差が1ケルビン未満に「固定」され、夜間の地表冷却効果が大幅に相殺される。対照的に、同様の調整メカニズムが欠如している低地地域では、昼と夜の温度差が約 4 ケルビンに達することがあります。これは、金星の山脈では、風力場がある程度の「温度調節器」として機能していることを意味します。
極に近い地域では、パターンが異なります。そこでは、地球に近い風場が年間を通じてほぼ継続的に下り坂を流れており、極地域での継続的な赤外線熱放散との長期的な「オフセット」が、別の形式の温度安定化メカニズムを形成します。研究チームは、欧州の「エンビジョン」や米国の「ベリタス」を含む将来の金星周回ミッションの多くは極地の観測に重点を置くため、この新しいモデルは極地の気候や地表の特徴を理解するための重要な背景となると指摘した。
着陸ミッションにもっと直接関係しているのは、「ダヴィンチ」と呼ばれるNASAの金星大気・地表探査ミッションである。現在の計画によると、着陸船は赤道付近に位置し起伏の激しい地域「アルファ・レージョ」と呼ばれる高原付近に降下する。新しい研究結果によると、アルファ高原の表面積の約45％は、粒径約75ミクロンの「細かい砂」を持ち上げるのに十分な風速を持っており、これは、DaVINCI探査機が進入段階と着陸段階で継続的に微粒子の塵環境に遭遇する可能性が高く、その強さは現地の昼と夜のサイクルによっても変化することを意味する。この発見は、検出器の構造設計、センサー保護、および降下タイミングスキームに対する重要な早期警告とみなされます。
これらの分析を達成するために、科学研究チームは新しい地域シミュレーション手法を採用しました。彼らはもはや金星の表面を全体としてモデル化しようとするのではなく、異なる地形と異なる緯度を複数の「気象単位」に分割し、それらを独立して解決して、風場、温度、塵の特性をそれぞれ計算できるようにしました。この論文では、現在のモデルにはまだ改善の余地があることも認めています。たとえば、さまざまな表面材料のアルベドと熱慣性に基づいて、より詳細な熱物理パラメータを導入したり、さまざまな温度での金星大気中の二酸化炭素が支配的なガスの赤外線吸収特性をより正確に特徴付けたりできます。
しかし、研究者らは、将来の着陸および周回ミッションが実際に金星に到着する前に、科学界にはモデルを反復して修正する時間がまだあると強調した。 DaVINCI などのミッションでは野外測定が行われるため、これらの地域風力場のシミュレーションは、新しいデータを解釈するための重要な参考資料となり、探査機の着陸地点付近で起こり得る異常な温度測定値や塵の特性を説明するのに役立ちます。関連する結果は「金星の表面温度と塵輸送に対する地表近くの風の影響」と題され、「Journal of Geophysical Research: Planets」副号に掲載されました。