なぜ地球は水や生命に満ち溢れた惑星へと進化し、他の惑星はその進化を別ってしまったのでしょうか。生命を育む大気のありようと進化を、他惑星との比較のもとに理解することは、惑星気象研究の中心課題の1つです。衛星と地上望遠鏡による観測を通じてこの問題に取り込みます。
1960年代から金星へ探査機を送り込んだアメリカや旧ソ連の調査によれば、金星は地球と同程度の大きさと質量を持つ一方で、二酸化炭素を主成分とする分厚い大気は地表面で90気圧にも達し、地表面温度は約500度という灼熱の世界です。また、硫酸を主成分とする雲の層(高度40-70 km)と固体微粒子の層(もや層, 70-90 km)が浮かび、金星全球を一様に覆っています。双子惑星と呼ばれる両惑星が、かくも大きく異なる進化を遂げた所以は未だに不明であり、近年、Venus Express(ESA, 2006-2014)やあかつき(図1, JAXA, 2010-)が相次いで金星に送り込まれているところに、金星の謎の深さと重要性に対する科学界の強い認識が現れています。金星の雲形成や維持機構は数十年来の大問題です。過去の探査機観測を元に、硫酸雲の上層は主に光化学、下層は主に大気力学が支配し、互いに物質やエネルギーの交換を行う機構が提案されています。それを実証する観測データ不足により定性的な推論の域を出ていませんが、硫酸雲内部に働く物理・化学的交換過程を3次元的に説明しています。
Venus Expressは、2006年から8年間にわたり、高高度(70-220 km)の大気を極周回軌道から観測しました。私は搭載赤外分光計のデータを解析し、90 km以上の上部もや層の存在や、そこでもやが新たに生成されていることを明らかにしました。また、硫酸雲と2つのもや層を繋ぐ輸送過程や、もやと二酸化硫黄の化学的関係を提案しました。このように、従来は個別に扱われてきた硫酸雲ともや層が、ようやく繋がりをもって考察され始めています。現在あかつきは、紫外から中間赤外の多波長撮像観測により、硫酸雲の3次元的な動きを詳細に捉えようとしています。
本研究の目的は、金星雲の下層からもや層までを繋げた鉛直方向の物理・化学的振る舞いを明らかにすることです。そのために必要な硫酸雲ともや層の同時調査を地上望遠鏡(図2)と探査機との連携相補観測で実現し、雲の構造や周囲との相互作用の理解深化を目指します。