金星探査機と地上観測の連携による金星大気の物質循環の解明

2017 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 16H02231
• 研究機関: 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構
• 研究代表者: 中村 正人 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究所, 教授 (20227937)
• 研究分担者: 高木 征弘 京都産業大学, 理学部, 准教授 (00323494) ; 前澤 裕之 大阪府立大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (00377780) ; はしもと じょーじ 岡山大学, 自然科学研究科, 准教授 (10372658) ; 中川 広務 東北大学, 理学研究科, 助教 (30463772) ; 今村 剛 東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 教授 (40311170) ; 佐川 英夫 京都産業大学, 理学部, 准教授 (40526034) ; 堀之内 武 北海道大学, 地球環境科学研究院, 准教授 (50314266) ; 田口 真 立教大学, 理学部, 教授 (70236404)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2020-03-31
• キーワード: 地上望遠鏡 / 金星探査機 / 物質循環 / モデリング

研究実績の概要

金星にどのような大気循環が存在し、硫酸の雲がどのように維持されているのかを、探査機「あかつき」と地上望遠鏡による協調観測によって解明する。具体的には、(1) 探査機データを解析して3次元大気循環と組成変動を明らかにするとともに、(2) 地上からの分光観測によって上層大気の化学組成と大気循環の情報を得る。(3) こうして得られた広い高度領域の情報を組み合わせて物質輸送のモデリングを行い、(4) 3次元大気循環が雲量と大気組成をどうコントロールするのかを明らかにする。
これまでに「あかつき」のデータを解析して風速や雲量や微量気体の分布の変動の解明に取り組んだ。自動雲追跡手法により高い解像度で風速分布を得たうえで、赤道域にジェット状の気流構造が存在することを発見したほか、高速大気循環の駆動に関わる角運動量輸送の評価も進めている。中間赤外カメラや紫外カメラが雲頂に捉えた弓状温度構造の解析を進め、地形励起重力波であることを示し、さらに地域性やローカルタイム依存性を明らかにした。電波掩蔽観測データを解析して気温や硫酸蒸気の分布を取得し、熱潮汐波による大気循環の駆動の可能性を検討した。
地上望遠鏡による観測として、ALMAデータの解析を進めたほか、ハワイにあるサブミリ波望遠鏡JCMTおよびチリのALMA望遠鏡を用いて地上観測を実施した．また野辺山宇宙電波観測所に設置している電波望遠鏡SPARTを用いて一酸化炭素のモニタリングを実施した。これらのデータからは、雲層上空のSO2に大きな時間変動があることや，SO2とCOの空間分布に相関があることなどが示唆された。東北大学ハワイ・ハレアカラ観測施設望遠鏡に赤外レーザーヘテロダイン分光器を実装して連携観測を実施した。SPART望遠鏡による一酸化炭素のモニタリングも継続して実施した。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

「あかつき」のデータを解析して風速や微量気体の分布の変動の解明を進めた。紫外イメージャUVIによる画像を用いた雲追跡からは高い有効解像度で風速が得られた。またIR2による2μm帯の夜面画像の追跡からは，これまで知られていなかったジェット状の気流構造を発見した。中間赤外カメラ(LIR)とUVIが雲頂に捉えた弓状温度構造について解析し、下層大気で生じた重力波が雲層高度まで伝播したものであることを突き止めた。さらにこの弓状構造によるSO2など物質輸送のモデリングを行った。電波掩蔽観測データを解析し、雲層内の対流層の日変動、熱潮汐波などの分析を進めた。硫酸雲が蒸発して生じる硫酸蒸気の分布を電波掩蔽から得た。
地上望遠鏡による観測としては、ハワイにあるサブミリ波望遠鏡JCMTおよびチリのALMA望遠鏡を用いて，あかつきと連携させた地上観測を実施した．これらの解析により、雲層上空のSO2に大きな時間変動があることや，SO2とCOの空間分布に相関があることなどが示唆された．雲頂におけるSO2の空間分布をあかつきの紫外（波長283 nm）画像と比較すると，SO2の存在量が多い領域は紫外でのアルベドが低いという対応関係が確認された．
東北大学ハワイ・ハレアカラ観測施設望遠鏡において、超高分解能赤外ヘテロダイン分光器の改修作業が完了した. バックエンドを2.5GHzに拡張し広帯域化することで, 地球―金星間の相対速度に関わらず観測することができるようになった. また先行研究でギャップのあった高度70-100kmの風速・温度情報を取得できることを示した. この成果をもとに、あかつきの電波掩蔽観測との連携を目的とした地上観測の準備を進めている.
SPART望遠鏡による一酸化炭素のモニタリングも継続して実施し、データ解析中である。

今後の研究の推進方策

あかつきの多波長データを放射輸送計算を参照して解析することにより、雲量と主な雲粒サイズを求める。これらの時空間変動から、鉛直風に伴う凝結と蒸発の情報を得る。電波掩蔽により気温と硫酸蒸気の高度分布が得られ、ここから、硫酸蒸気が飽和して雲として凝結している空間領域を特定するとともに、雲の下での硫酸蒸気の輸送と分解の情報を得る。太陽散乱光の位相角依存性から、雲より上に分布する硫酸ヘイズの分布を求める。ここから硫酸の光化学生成とその後の輸送の情報を得る。紫外カメラのデータから雲頂付近のSO2分布を導出する。この結果から、下層のSO2がどこで雲頂まで運び上げられるのか、そのあとどう失われるのかを推定する。中間赤外カメラによる雲頂の熱放射データを用いて雲頂高度をマッピングする。ここから、低緯度で光化学生成した雲が全球に広がる過程や、雲層を横切る鉛直輸送に関わる流体力学現象の情報を得る。
前年度に引き続き地上観測による大気組成と上層大気循環の解明に務める。地上観測と同じタイミングで金星の地球側の面を重点的に観測するよう「あかつき」プロジェクトと調整する。探査機と地上観測で空間分解能が異なる影響を抑えるために探査機データに施す平滑化についても検討を進める。
観測データに基づく物質循環モデリングの準備として、これまでに鉛直1次元の金星雲モデルで用いてきた雲物理スキームを、領域スケールおよび惑星スケールの数値流体モデルに導入する。観測データをもとに精密化した雲物理化学と物質輸送の数値モデルをもとに、雲量や大気組成の非一様性と時間変化の特徴を再現する。非定常な擾乱を含む3次元物質循環が雲量やアルベドをどう支配するのかを明らかにする。

研究成果

• [雑誌論文] Initial products of Akatsuki 1-μm camera (2018)
  • 著者名/発表者名: Iwagami, N., Sakanoi, T., Hashimoto, G.L., Kenta Sawai, Shoko Ohtsuki, Seiko Takagi, Kazunori Uemizu, Munetaka Ueno, Shingo Kameda, Shin-ya Murakami, Masato Nakamura, Nobuaki Ishii, Takumi Abe, Takehiko Satoh, Takeshi Imamura, Chikako Hirose, Makoto Suzuki, Naru Hirata,
  • 雑誌名: Earth Planets Space 巻: 70（6） ページ: -
  • DOI: 10.1186/s40623-017-0773-5
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Venus looks different from day to night across wavelengths: morphology from Akatsuki multispectral images (2018)
  • 著者名/発表者名: Limaye, S.S., Watanabe, S., Yamazaki, A., Manabu Yamada, Takehiko Satoh, Takao M. Sato, Masato Nakamura, Makoto Taguchi, Tetsuya Fukuhara, Takeshi Imamura, Toru Kouyama, Yeon Joo Lee, Takeshi Horinouchi, Javier Peralta, Naomoto Iwagami, George L. Hashimoto, Seiko Takagi, Shoko Ohtsuki, Shin-ya Murakami,
  • 雑誌名: Earth Planets Space 巻: 70（24） ページ: -
  • DOI: 10.1186/s40623-018-0789-5
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Ultraviolet imager on Venus orbiter Akatsuki and its initial results (2018)
  • 著者名/発表者名: Yamazaki, A., Yamada, M., Lee, Y.J, Shigeto Watanabe, Takeshi Horinouchi, Shin-ya Murakami, Toru Kouyama, Kazunori Ogohara, Takeshi Imamura, Takao M. Sato, Yukio Yamamoto, Tetsuya Fukuhara, Hiroki Ando, Ko‐ichiro Sugiyama, Seiko Takagi, Hiroki Kashimura, Shoko Ohtsuki, Naru Hirata,
  • 雑誌名: Earth Planets Space 巻: 70（24） ページ: -
  • DOI: 10.1186/s40623-017-0772-6
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Scattering Properties of the Venusian Clouds Observed by the UV Imager on board Akatsuki (2017)
  • 著者名/発表者名: Lee, Y. J., A. Yamazaki, T. Imamura, M. Yamada, S. Watanabe, T. M. Sato, K. Ogohara, G. L. Hashimoto, and S. Murakami
  • 雑誌名: Astronom. J. 巻: 154:44 ページ: 1-16
  • DOI: 10.3847/1538-3881/aa78a5
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Large stationary gravity wave in the atmosphere of Venus (2017)
  • 著者名/発表者名: Tetsuya Fukuhara, Masahiko Futaguchi, George L. Hashimoto, Takeshi Horinouchi, Takeshi Imamura, Naomoto Iwagaimi, Toru Kouyama, Shin-ya Murakami, Masato Nakamura, Kazunori Ogohara, Mitsuteru Sato,, Manabu Yamada and Atsushi Yamazaki
  • 雑誌名: Nature Geoscience 巻: 10 ページ: 85-88
  • DOI: 10.1038/NGEO2873
  • 査読あり
• [雑誌論文] Equatorial jet in the lower to middle cloud layer of Venus revealed by Akatsuki (2017)
  • 著者名/発表者名: Horinouchi, T., S. Murakami, T. Satoh, J. Peralta, K. Ogohara, T. Kouyama, T. Imamura, H. Kashimura, S. S. Limaye, M. Nakamura, T. M. Sato, K. ugiyama, M. Takagi, S. Watanabe, M. Yamada, A. Yamazaki, E. F. Young
  • 雑誌名: Nature Geoscience 巻: 10 ページ: 646-651
  • DOI: 10.1038/ngeo3016
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Initial performance of the radio occultation experiment in the Venus orbiter mission Akatsuki (2017)
  • 著者名/発表者名: Takeshi Imamura, Hiroki Ando, Silvia Tellmann, Martin Patzold, Bernd Hausler, Atsushi Yamazaki, Takao M. Sato, Katsuyuki Noguchi, Yoshifumi Futaana, Janusz Oschlisniok, Sanjay Limaye, R. K. Choudhary, Takumi Abe and Masato Nakamura
  • 雑誌名: Earth, Planets and Space 巻: 69:137 ページ: 1-11
  • DOI: 10.1186/s40623-017-0722-3
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Performance of Akatsuki/IR2 in Venus orbit: the first year (2017)
  • 著者名/発表者名: Takehiko Satoh, Takao M. Sato, Masato Nakamura, Yasumasa Kasaba, Munetaka Ueno, Makoto Suzuki, George L. Hashimoto, Takeshi Horinouchi, Takeshi Imamura, Atsushi Yamazaki, Takayuki Enomoto, Yuri Sakurai, Kosuke Takami, Kenta Sawai, Takashi Nakakushi, Takumi Abe
  • 雑誌名: Earth, Planets and Space 巻: 69:154 ページ: 1-19
  • DOI: 10.1186/s40623-017-0736-x
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Absolute calibration of brightness temperature of the Venus disk observed by the Longwave Infrared Camera onboard Akatsuki (2017)
  • 著者名/発表者名: Tetsuya Fukuhara, Makoto Taguchi, Takeshi Imamura, Akane Hayashitani, Takeru Yamada, Masahiko Futaguchi, Toru Kouyama, Takao M. Sato, Mao Takamura, Naomoto Iwagami, Masato Nakamura, Makoto Suzuki, Munetaka Ueno, George L. Hashimoto, Mitsuteru Sato, Seiko Takagi
  • 雑誌名: Earth, Planets and Space 巻: 69:141 ページ: 1-9
  • DOI: 10.1186/s40623-017-0727-y
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Topographical and Local Time Dependence of Large Stationary Gravity Waves Observed at the Cloud Top of Venus (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Kouyama, T. Imamura, M. Taguchi, T. Fukuhara, T. M. Sato, A. Yamazaki, M. Futaguchi, S. Murakami, G. L. Hashimoto, M. Ueno, N. Iwagami, S. Takagi, M. Takagi, K. Ogohara, H. Kashimura, T. Horinouchi, N. Sato, M. Yamada, Y. Yamamoto, S. Ohtsuki, K. Sugiyama, H. Ando, M. Takamura, T. Yamada, T. Satoh, and M. Nakamura
  • 雑誌名: Geophysical Research Letters 巻: 44 ページ: 12,098-12,105
  • DOI: 10.1002/2017GL075792
  • 査読あり
• [雑誌論文] Overview of Akatsuki data products: definition of data levels, method and accuracy of geometric correction (2017)
  • 著者名/発表者名: :Ogohara, K., M. Takagi, S. Murakami, T. Horinouchi, M. Yamada, T. Kouyama, G. L. Hashimoto, T. Imamura, Y. Yamamoto, H. Kashimura, N. Hirata, N. Sato, A. Yamazaki, T. Satoh, N. Iwagami, M. Taguchi, S. Watanabe, T. M. Sato, S. Ohtsuki, T. Fukuhara, M. Futaguchi, T. Sakanoi, S. Kameda, M. Nakamura, M. Suzuki, and T. Abe
  • 雑誌名: Earth, Planets and Space 巻: 69:167 ページ: 1-16
  • DOI: 10.1186/s40623-017-0749-5
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Overview of useful spectral regions for Venus: An update to encourage observations complementary to the Akatsuki mission (2017)
  • 著者名/発表者名: Peralta, J.; Lee, Y. J.; McGouldrick, K.; Sagawa, H.; Sanchez -Lavega, A.; Imamura, T.; Widemann, T.; Nakamura, M.
  • 雑誌名: Icarus 巻: 288 ページ: 235-239
  • DOI: 10.1016/j.icarus.2017.01.027
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] Observation of Venus atmosphere in coordination with Akatsuki Venus orbiter (2018)
  • 著者名/発表者名: Hideo Sagawa
  • 学会等名: James Clerk Maxwell Telescope Users Meeting（国際学会）
  • 国際学会
• [学会発表] 「ALMA/「あかつき」衛星で探る金星の大気化学・ダイナミクスのリンク」 (2018)
  • 著者名/発表者名: 青木亮輔, 徳田一起, 前澤裕之（大阪府立大学）, 西合和矢(NAOJ),Yeon Joo Lee, 佐藤隆雄, 中村正人(JAXA/ISAS), 田口真, 福原哲哉(立教大学), 今村剛(東京大学), 佐川英夫(京都産業大学)
  • 学会等名: 日本天文学会2018年春季年会
• [学会発表] 「地上電波望遠鏡SPARTによる金星中層大気における一酸化炭素の変動起源の研究」 (2017)
  • 著者名/発表者名: 原口大輝、西田侑治、青木亮輔、松本怜、築山大輝、前澤裕之、半田一幸、神沢富雄、 岩下浩幸、大矢正明、前川淳、宮澤千栄子、佐川英夫
  • 学会等名: 日本惑星科学会、2017年秋季講演会
• [学会発表] 「金星探査機「あかつき」とALMAによる金星の連携観測プロジェクトの進捗報告」 (2017)
  • 著者名/発表者名: 青木亮輔、前澤裕之、田口真、福原哲哉、佐川英夫、西合一矢、佐藤隆雄、 Yeon Joo Lee、今村剛、中村正人
  • 学会等名: 日本惑星科学会、2017年秋季講演会
• [学会発表] 「金星大気重力波イベントのALMA/金星探査機「あかつき」の連携観測プロジェクト」 (2017)
  • 著者名/発表者名: 青木亮輔, 徳田一起, 前澤裕之,田口真, 福原哲哉, 佐川英夫, 西合一矢, 佐藤隆雄, Lee Yeon Joo, 今村剛, 中村正人
  • 学会等名: 第142回 地球電磁気・地球惑星圏学会 総会・講演会（2017年 秋学会）
• [学会発表] 「SPART 電波望遠鏡/あかつき衛星/ALMA/Ｐｉｒｋ a 望遠鏡による金星の連携観測プロジェクト」 (2017)
  • 著者名/発表者名: 前澤裕之, 原口大輝, 青木亮介, 築山大輝, 松本怜, 西田侑治, 西合和矢, 江草芙実 ,Yeon Joo Lee, 佐藤隆雄, 中村正人, 田口真, 福原哲哉, 大澤健太郎, 高橋英則, 田中培生, 今村剛、佐川英夫, 奥村真一郎, 今井正尭, 佐藤光輝, 高橋幸弘
  • 学会等名: 日本天文学会2017年秋季年会
• [学会発表] 「10m電波望遠鏡による太陽系地球型惑星の大気環境監視ミッションの進捗報告」 (2017)
  • 著者名/発表者名: 築山大輝, 原口大輝, 青木亮輔, 西田侑治, 松本怜, 前澤裕之(大阪府立大), 佐川英夫（京都産業大）, 半田一幸, 岩下浩幸, 神澤富雄, 大矢正明, 前川淳, 高橋茂, 宮澤千栄子, 南谷哲宏(国立天文台), 西村淳(名古屋大), 他SPART チーム
  • 学会等名: 日本天文学会2018年春季年会
• [学会発表] Development of Mid-infrared fiber heterodyne spectrometer for the observations of wind and temperature profiles in Venusian mesosphere (2017)
  • 著者名/発表者名: 高見康介, 中川広務, 佐川英夫, Krause Pla, 青木翔平, 笠羽康正, 村田功, 平原靖大, Benderov Oleg, 片桐崇史
  • 学会等名: SGEPSS
• [学会発表] Synergetic mission of simultaneous observations toward bow-shaped structures induced by atmospheric gravity wave on Venus with ALMA and Venus Climate Orbiter“Akatsuki (2017)
  • 著者名/発表者名: Hiroyuki Maezawa, Ryosuke Aoki, Daiki Haraguchi, Makoto Taguchi, Tetsuya Fukuhara, Hideo Sagawa, Kazuya Saigo, Takao M. Sato, Yeon Joo Lee, Takeshi Imamura
  • 学会等名: JPGU
  • 国際学会
• [学会発表] Feasibility of the future observations by mid-infrared heterodyne spectroscopy for wind and temperature in Venusian mesosphere lower thermosphere (2017)
  • 著者名/発表者名: Kosuke Takami, Hiromu Nakagawa, Hideo Sagawa, Pia Krause, Shohei Aoki, Yasumasa, Isao Murata, Shigeto Watanabe, Makoto Taguchi, Takeshi Imamura, Takehiko Satoh, Takeshi Kuroda, Naoki Terada
  • 学会等名: JPGU
  • 国際学会
• [学会発表] Temporal variation of the Venusian planetary-scale UV features observed by UVI/AKATSUKI (2017)
  • 著者名/発表者名: Masataka Imai, Toru Kouyama, Yukihiro Takahashi, Shigeto Watanabe, Atsushi Yamazaki,Manabu Yamada, Masato Nakamura, Takehiko Satoh, Takeshi Imamura
  • 学会等名: JPGU
  • 国際学会
• [学会発表] Cloud-top altimetry of Venus with Akatsuki IR2 (2017)
  • 著者名/発表者名: Takehiko Satoh, Takao M. Sato, Yeon Joo Lee, George HASHIMOTO, Kosuke Takami,Yasumasa Kasaba
  • 学会等名: JPGU
  • 国際学会
• [学会発表] Characteristic of polar dipoles seen by LIR onboard the Venus orbiter Akatsuki (2017)
  • 著者名/発表者名: Takakmura Mao, Makoto Taguchi, Tetsuya Fukuhara, Toru Kouyama, Takeshi Imamura,Takao M. Sato, Masahiko Futaguchi, Takeru Yamada, Masato Nakamura, Naomoto Iwagami,Makoto Suzuki, Munetaka UENO, Mitsuteru Sato, George HASHIMOTO, Seiko Takagi
  • 学会等名: JPGU
  • 国際学会
• [学会発表] Coordinated observation of Venus cloud top with Subaru and Akatsuki (2017)
  • 著者名/発表者名: Takao M. Sato, Hideo Sagawa, Toru Kouyama, Makoto Taguchi, Yeon Joo Lee, Javier Peralta, Masahiro Takagi, George HASHIMOTO, Takehiko Satoh, Yasumasa Kasaba, Shohei Aoki,Tetsuya Fukuhara, Atsushi Yamazaki, Takeshi Imamura, Masato Nakamura
  • 学会等名: JPGU
  • 国際学会
• [学会発表] Venus nightside infrared spectroscopic study around the 2.3-μm CO2 atmospheric window using IRTF/SpeX data in Jan-Feb 2017 (2017)
  • 著者名/発表者名: Yeon Joo Lee、Hideo Sagawa、Takao M Sato、Toru Kouyama、Javier Peralta、Eliot Young、Emmanuel Marcq、Shigeto Watanabe、Masataka Imai、Takeshi Imamura、Takehiko Satoh、Masato Nakamura
  • 学会等名: JPGU
  • 国際学会