金星探査計画 PLANET-C

宇宙科学研究所　小 山 孝 一 郎　　

１．はじめに　 金星大気の謎

図１　金星大気を赤外線で立体的に透視する探査機の想像図。
この図では，明け方の上空から渦巻く雲や雷や地表面を観察している。
白い噴水のようなものは雷雲と電離層をつなぐ放電現象，金星の縁で
水平にたなびいているのはオーロラや高層大気の化学的発光現象。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(イラスト：池松　均)

　金星は古くから「宵の明星」「明けの明星」として人々に親しまれてきました。大きさや重さや太陽からの距離が地球と近いため，地球と似た状態で誕生した双子のような惑星と考えられています。しかしアメリカや旧ソ連の探査機によって明らかにされた金星の素顔は，生命をはぐくんでいる地球とは全く異なるものでした。金星の大気は，以下の３つの点で地球大気と大きく異なっています。

　第１の特徴は，大気の97％が二酸化炭素であることです。大気の量が非常に多いため，地表面気圧は水深１kmに相当する高圧(91気圧)です。大気は乾燥していて，海はありません。おおよそ高度45kmから70kmに雲が分布しますが，その雲は濃硫酸からなっています。

　第２は，気温が460℃という鉛が溶けるような高温に達することです。この高温は温室効果によるものとされています。金星は反射率が高いため，降り注ぐ太陽光エネルギーのうちわずか数パーセントしか地表まで到達しないのですが，温室効果気体である膨大な量の二酸化炭素のために熱がこもり，高温を保っているのです(図２)。

図２　金星大気温度の高度分布。右側のスケールは対応する気圧を示す。
比較のため，地表面を1気圧に合わせて地球大気の温度分布も示した。
金星の高度45〜70kmには濃硫酸の雲が分布する。　　　　　　　　　

図３　1974年にマリナー10号が紫外線で撮影した金星の連続画像。
上層の雲が東から西へと吹き流されている。　　　　　　

２．金星気象衛星の挑戦

図４　PLANET-Cの金星周回軌道。 大気の特定の半球を長時間にわたって
連続的に観察できるよう工夫されている。　　　　　　　　　　　　　　　

　また，このような赤外線に加えて，雲が発する遠赤外線，太陽紫外線の散乱光，高層大気の化学的発光現象などを撮影し，さらには探査機と地球を結ぶ電波を利用して大気を上下方向にスキャンします(電波オカルテ―ション)。このように異なるデータを総合して広い高度領域をカバーし，金星の大気運動の３次元構造を可視化する目論見です(図５)。また，惑星探査機としては世界で初めて，雷放電発光専用のセンサーを搭載します。金星における雷放電については，探査機や地上望遠鏡による観測の報告が少なからずありますが，いまだ確定的な証拠がなく，その有無をめぐって20年以上も論争が続いています。PLANET-Cは，雷放電の動かぬ証拠をつかんで長年の論争に終止符を打ち，雷を伴うような激しく局地的な大気運動を解明することを目指します。

図５　金星周回衛星からの気象観測の概念図。多くの波長で複数の高度の
現象を同時に可視化することによって，３次元的に観測領域をカバーする。

　このような本格的な気象観測が地球以外の惑星で行われたことはありません。PLANET-Cは，金星の科学にとどまらず，大気科学の統一理論とも言うべき「惑星気象学」の研究に新時代を拓きます。

　PLANET-Cは，雲を透視できる赤外線を使って活火山の探索も行います。レーダーを使った観測によれば金星の地表には様々な火山地形が存在しますが，現在の噴火活動を示唆するものは見つかっていません。地球以外で活火山が確認されているのは木星の衛星イオのみですが，金星にも活火山が存在することが分かれば，惑星の進化の研究が新しい段階に進むことが期待されます。

３．大気流出現象の解明

　研究者の中には，地球には強い固有磁場があるため，太陽風が直接地球大気に当たることが防がれて，結果として大気が宇宙空間に流れ出す量が小さくなっている，と考える人もいます。強い磁場を持たない金星の場合は，太陽風と大気が直接ぶつかるため，この影響で大気の流出量が大きいかもしれません。金星大気が太陽風と接するところでどのような流出現象が引き起こされるのか，興味深いところです(図６)。PLANET-C計画では，イオン粒子計測器やプラズマ波動計測器，紫外線望遠鏡，磁場計測器を使って，大気成分がどのように，またどのくらい逃げていくのかを観測します。

図６　金星で起こっていると予想される，
大気が宇宙空間に流出する様々なプロセス。

４．21世紀の金星探査

　近年，米国が中心となって火星の探査を積極的に進めており，日本でも火星探査機を送り出しました。しかしその一方で，私たちの地球の双子惑星とも呼ばれる金星を調べる重要性は一層強く認識されてきています。実際，新世紀の金星探査を国際的に協調して進めていく動きがあり，2001年の10月に宇宙科学研究所で開かれた金星研究に関する国際会議では，米国やヨーロッパから相補うような探査計画が次々と提案されています。その中身は，周回軌道からリモート・センシングを行うもの，大気圏に気球を浮かべるもの，着陸するものなど，実に様々です。PLANET-Cは，21世紀初頭の金星探査の大きな流れの一翼を担うと同時に，後続の金星ミッションを先導するものと世界的に期待されています。

　なお，この原稿は私の名前で出させていただきましたが，惑星大気物理学部門の阿部・今村の協力を得たことを付記します。

(おやま・こういちろう)