アルマ望遠鏡データを利用した惑星上層大気力学の観測的研究

• 研究課題/領域番号: 20K04046
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分17010:宇宙惑星科学関連
• 研究機関: 京都産業大学
• 研究代表者: 佐川 英夫 京都産業大学, 理学部, 教授 (40526034)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2024-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2023年度)
• 配分額: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円); 2022年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2021年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2020年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
• キーワード: 惑星上層大気 / 大気循環 / ドップラーシフト / アルマ望遠鏡 / リモートセンシング / 惑星大気 / 金星 / 火星 / ALMA望遠鏡 / ドップラー風速 / 干渉計 / 地上観測 / 火星大気 / 金星大気 / JCMT / 放射伝達

研究開始時の研究の概要

惑星大気の循環に関して、上層大気においては適切なトレーサーが存在しない場合も多く、その観測例は極めて限られている。そうした中、惑星大気循環の新たな観測ツールとなり得るのが、ヘテロダイン測器の高波長分解能観測を用いた惑星スペクトルのドップラーシフト観測である。
本研究では、ALMA望遠鏡による金星・火星上層大気のサブミリ波放射観測を用い、両惑星上層大気の循環に関する新たな観測的知見を取得する。

研究成果の概要

本研究では、金星および火星の上層大気力学に関する観測的制約を得ることを目的とした。両惑星の上層大気中に存在する一酸化炭素 (CO) のサブミリ波帯吸収線スペクトルを観測し、大気中の風速によるスペクトルのドップラーシフトを検出した。観測で得られた金星上層大気のドップラー風速分布を大気大循環モデルの数値実験結果と比較したところ、過去の研究で示唆されていたよりも空間スケールの大きな大気重力波を含むモデルの方が観測と整合する結果となった。火星に関しては、アルマ望遠鏡を用いて、全球ダストストーム期間中の風速場の貴重な観測的知見を取得した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

これまで観測的知見が乏しかった金星・火星の上層大気力学に関して、新たな知見が得られた。また、アルマ望遠鏡の惑星観測データの解析ノウハウを定量的に評価したことで、今後の類似研究の参考となる知見が得られた。惑星をアルマ望遠鏡で観測した際、空間周波数の短い成分がフィルタリングされることは元々知られていたが、それが、惑星上で様々な空間スケールで分布している大気微量成分を観測した際にどのような影響を及ぼすのかを議論した。さらに、本研究期間の最中に判明した、アルマ望遠鏡の較正処理における問題点に関しても、輝度の不確かさだけではなくスペクトルの形状をも変化させるということを本研究で明らかにした。

研究成果

• [国際共同研究] NASA Goddard Space Flight Center (GSFC)(米国)
• [国際共同研究] 欧州南天天文台（ESO）(ドイツ)
• [国際共同研究] 王立宇宙航空研究所（BIRA）(ベルギー)
• [国際共同研究] 国立天体物理学研究所（INAF）(イタリア)
• [国際共同研究] 国立天体物理学研究所（INAF）(イタリア)
• [国際共同研究] 王立宇宙航空研究所（BIRA）(ベルギー)
• [国際共同研究] NASA Goddard Space Flight Center (GSFC)(米国)
• [国際共同研究] 欧州南天天文台（ESO）(ドイツ)
• [国際共同研究] Belgian Institute for Space Aeronomy(ベルギー)
• [国際共同研究] MPS(ドイツ)
• [国際共同研究] Space Science Institute/Massachusetts Institute of Technology(米国)
• [国際共同研究] National Institute of Astrophysics(イタリア)
• [国際共同研究] Observatoire de Paris(フランス)
• [国際共同研究]
• [国際共同研究] Belgian Institute for Space Aeronomy(ベルギー)
• [国際共同研究] Cardiff University(英国)
• [国際共同研究] Space Science Institute/Massachusetts Institute of Technology(米国)
• [国際共同研究] National Institute of Astrophysics(イタリア)
• [国際共同研究] Observatoire de Paris(フランス)
• [国際共同研究]
• [雑誌論文] Heterogeneous Processes in the Atmosphere of Mars and Impact on H2O2 and O3 Abundances (2023)
  • 著者名/発表者名: Daerden Frank、Crowley John N.、Neary Lori、Smith Michael D.、Loeffler Mark J.、Clancy R. Todd、Wolff Michael J.、Aoki Shohei、Sagawa Hideo
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research: Planets 巻: 128 号: 12 ページ: 1-34
  • DOI: 10.1029/2023je008014
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] A new constraint on HCl abundance at the cloud top of Venus (2023)
  • 著者名/発表者名: Sato Takao M.、Sagawa Hideo
  • 雑誌名: Icarus 巻: 390 ページ: 115307-115307
  • DOI: 10.1016/j.icarus.2022.115307
  • 査読あり
• [雑誌論文] Density and Temperature of the Upper Mesosphere and Lower Thermosphere of Mars Retrieved From the OI 557.7?nm Dayglow Measured by TGO/NOMAD (2022)
  • 著者名/発表者名: Aoki S.、Gkouvelis L.、Gerard J.‐C.、Soret L.、Hubert B.、Lopez‐Valverde M. A.、Gonzalez‐Galindo F.、Sagawa H.、Thomas I. R.、Ristic B.、Willame Y.、Depiesse C.、Mason J.、Patel M. R.、Bellucci G.、Lopez‐Moreno J.‐J.、Daerden F.、Vandaele A. C.
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research: Planets 巻: 127 号: 6
  • DOI: 10.1029/2022je007206
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Ground-based HCN submillimetre measurements in Titan's atmosphere: an intercomparison with Herschel observations (2022)
  • 著者名/発表者名: Rengel M.、Shulyak D.、Hartogh P.、Sagawa H.、Moreno R.、Jarchow C.、Breitschwerdt D.
  • 雑誌名: Astronomy & Astrophysics 巻: 658 ページ: A88-A88
  • DOI: 10.1051/0004-6361/202141422
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Intense Zonal Wind in the Martian Mesosphere During the 2018 Planet‐Encircling Dust Event Observed by Ground‐Based Infrared Heterodyne Spectroscopy (2021)
  • 著者名/発表者名: Miyamoto Akiho、Nakagawa Hiromu、Kuroda Takeshi、Takami Kosuke、Murata Isao、Medvedev Alexander S.、Yoshida Nao、Aoki Shohei、Sagawa Hideo、Kasaba Yasumasa、Terada Naoki
  • 雑誌名: Geophysical Research Letters 巻: 48 号: 11
  • DOI: 10.1029/2021gl092413
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] 13C Isotopic Ratios of HC3N on Titan Measured with ALMA (2021)
  • 著者名/発表者名: Iino Takahiro、Taniguchi Kotomi、Sagawa Hideo、Tsukagoshi Takashi
  • 雑誌名: The Planetary Science Journal 巻: 2 号: 4 ページ: 166-166
  • DOI: 10.3847/psj/ac134c
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Quasi-Periodic Variation of the Lower Equatorial Cloud Induced by Atmospheric Waves on Venus (2021)
  • 著者名/発表者名: Ando Hiroki、Takagi Masahiro、Sagawa Hideo、Sugimoto Norihiko、Sekiguchi Miho、Matsuda Yoshihisa
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research: Planets 巻: 126 号: 6 ページ: 1-10
  • DOI: 10.1029/2020je006781
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] HDO and SO2 thermal mapping on Venus (2020)
  • 著者名/発表者名: Encrenaz T.、Greathouse T. K.、Marcq E.、Sagawa H., Widemann T., Bezard B., Fouchet T., Lefevre F., Lebonnois S., Atreya S. K., Lee Y. J., Giles R., Watanabe S., Shao W., Zhang X., Bierson C. J.
  • 雑誌名: Astronomy & Astrophysics 巻: 639 ページ: A69-A69
  • DOI: 10.1051/0004-6361/202037741
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Dayside cloud top structure of Venus retrieved from Akatsuki IR2 observations (2020)
  • 著者名/発表者名: Sato T.M.、Satoh T.、Sagawa H.、Manago N.、Lee Y.J.、Murakami S.、Ogohara K.、Hashimoto G.L.、Kasaba Y.、Yamazaki A.、Yamada M.、Watanabe S.、Imamura T.、Nakamura M.
  • 雑誌名: Icarus 巻: 345 ページ: 113682-113682
  • DOI: 10.1016/j.icarus.2020.113682
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Phosphine gas in the cloud decks of Venus (2020)
  • 著者名/発表者名: Greaves J. S., Richards A. M. S., Bains W., Rimmer P. B., Sagawa H., Clements D. L., Seager S., Petkowski J. J., Sousa-Silva C., Ranjan S., Drabek-Maunder E., Fraser H. J., Cartwright A., Mueller-Wodarg I., Zhan Zh., Friberg P., Coulson I., Lee E., Hoge J.
  • 雑誌名: Nature Astronomy 巻: － 号: 7 ページ: 1-20
  • DOI: 10.1038/s41550-020-1174-4
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] A stringent upper limit of the PH3 abundance at the cloud top of Venus (2020)
  • 著者名/発表者名: Encrenaz T., Greathouse T. K., Marcq E., Widemann T., Bezard B., Fouchet T., Giles R., Sagawa H., Greaves J., Sousa-Silva C.
  • 雑誌名: Astronomy & Astrophysics 巻: 643 ページ: L5-L5
  • DOI: 10.1051/0004-6361/202039559
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] A Belt-like Distribution of Gaseous Hydrogen Cyanide on Neptune’s Equatorial Stratosphere Detected by ALMA (2020)
  • 著者名/発表者名: Iino T., Sagawa H., Tsukagoshi T., Nozawa S.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 903 号: 1 ページ: L1-L1
  • DOI: 10.3847/2041-8213/abbb9a
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] SPICAが切り拓くサイエンス:「太陽系・系外惑星」 (2020)
  • 著者名/発表者名: 平野照幸、大坪貴文、佐川英夫
  • 雑誌名: 天文月報 巻: 113 ページ: 784-794
  • オープンアクセス
• [学会発表] Revealing the dynamics of Venus' upper atmosphere with submillimeter observations (2023)
  • 著者名/発表者名: Sagawa, H.
  • 学会等名: ALMA at 10 years: Past, Present, and Future
  • 国際学会
• [学会発表] Doppler-wind measurements using ALMA (2023)
  • 著者名/発表者名: Hideo Sagawa, Shohei Aoki, Eric Villard, Kazi Rygl
  • 学会等名: International conference on new insights into Mars achieved by remote-sensing observation, numerical simulation, and laboratory experiment of trace gases
  • 国際学会
• [学会発表] Revisiting Venus Doppler-wind maps obtained by ALMA (2021)
  • 著者名/発表者名: Hideo Sagawa
  • 学会等名: JpGU 2021 Assembly, Recent advances of Venus science and coming decades (AGU, EGU joint session), Online, June, 2021
  • 国際学会
• [学会発表] Searching minor species on Venus atmosphere using the high-dispersion spectra taken by IRTF/iSHELL (2020)
  • 著者名/発表者名: Hideo Sagawa, Takao M. Sato, Hajime Kita
  • 学会等名: JpGU-AGU Joint Meeting 2020
  • 国際学会
• [学会発表] Recent advances in the solar system science brought by ALMA observations (2020)
  • 著者名/発表者名: Hideo Sagawa, Takahiro Iino
  • 学会等名: JpGU-AGU Joint Meeting 2020
  • 国際学会