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惑星の気象学

[2週目 前半]

 小高 正嗣(北大院理・地球惑星科学専攻助手)
odakker@gfd-dennou.org
2002 年 10 月 30 日
これから惑星の気象学の授業を始めます.

こちらは有名なアポロが撮った地球の姿です. 外見上の特徴を簡単に言います. アフリカ大陸, 南極大陸がありますね. 赤道にはまだら状の雲, 南極付近には 渦状の雲があります. そして地表面は多くの部分が海に覆われています.

地球の兄弟星と言われる金星と火星を見てみましょう. 左が金星, 真ん中が地球, 右が火星です. 実際の大きさは, 金星は地球と同じくらい, 火星は地球の半分くらいです. 金星は全球が雲で覆われていて, 一様な縞模様が見えています. 火星は赤い地面が見えていて, 金星や地球のような雲はありません.

ここで質問です. ロケットかなにかでそのまま私達が火星, 金星に 降りたった時, 住めるでしょうか？ 火星については生徒から「だめです. ガスがあるから」という 答えがありました. しかし, 地球にもガスはあります. 金星については「住めません. 二酸化炭素が多過ぎるから」という 回答がありました. 正解は「住めません」. これにはいくつかの理由が あります.

空気の質が違うというのは, 金星・火星に住めない 1 つの理由です. 大気の組成を比較してみましょう. まず地球から見ると, 大気の 3/4 が窒素, 1/4 が酸素です. 我々が生きていけるのは酸素があるからです. これに対して, 金星・火星の大気はほとんどが二酸化炭素です. 私達はそのままでは窒息してしまいます. これが 1 つの理由です.

今度は地表面での大気の温度と圧力をみてみましょう. 地球の表面温度は年平均で 15 ℃です. 金星は熱いです. 圧力は 100 気圧で, これは海で考えると, 1000 mの 深さまで潜ったのと同じ圧力です. それから火星は寒いです. 南極やシベリアの真冬並の気温です. 気圧は地球の 1/100 です. 気圧が低いということを想像するのは 難しいかもしれませんが, 深海魚が丘にあがったようなものです. 急に外からの圧力が低くなると, 体が破裂して しまいます.

地球・金星・火星について, 大気が何で構成されているか, 大気の温度と圧力はどうなっているのかを見てきました. これだけ比較してもかなり違います. 今日の授業では, 3 時間目は惑星の気象条件の違いを比較します. 4 時間目は, どうして地球は私達が住める星なのかを考えます.

さて,まず地球がどのような星か見ていきましょう. 地球は半径 6400 km, 年平均気温は 15℃, 地表での気圧は 1 気圧です. 冒頭で少し説明しましたが, 白い部分は大気中の水蒸気が 凝結してできた雲です. 青い部分は海です.

こちらは気象衛星「ひまわり」による地球の雲画像です. 日本付近は雲が西から東へ動いています. これに対して赤道付近は東から西へ雲が流れています. よく見ると, 雲の模様も違います. 日本付近や北極・南極では渦状です. これに対して, 赤道付近はかたまり状の雲です. 地球は温度が適温で, 海があって水が豊富です. また地面が比較的 よく見えるのも特徴です.

次に火星の話です. 火星は地球の約半分の大きさです. 気温は低く, 気圧は地球の 1/100 です. 赤茶色の地表が見えていて, 極付近にある白いものは氷です.

火星の表面はどのような姿をしているのでしょう？ こちらは人工衛星が地面に降りて撮ってきた写真です. まず大きい石がごろごろしていますね. それから細かい砂が全体を 覆っています. 砂漠の中に石があるようなものですね. わかりにくいかもしれませんが, 空はなんとなく赤っぽい色をしています. 地面の砂が巻きあがってこのように見えています. 海も川もありませんね.

火星の北極と南極に氷があると言いましたが, こちらは南極の方の氷です. 地球の氷は水でできていますが, 火星の氷は二酸化炭素が凍ったもの, つまりドライアイスです. 大気の成分そのものが凍ってしまうという, 不思議な現象が起っています. 火星の南極にある氷の面積は, 地球の南極大陸と 同じくらいの大きさです.

次に大気の運動について紹介します. 渦巻きがみえています. 火星にも低気圧や前線が存在していて, 地面から巻き上がった砂が混ざってこのように見えるのです. 左から右の写真へ向って, 2 時間ごとに撮った写真なのですが, 形を変えながら移動する様子が見られます. 見た感じでは, 地球と同じような大気の動きもあるのです.

火星を人工衛星から撮った写真です. 左の火星には馴染みがあると 思いますが, 右も火星なのです. ダストストームが起ると地表面はほとんど見えなくなってしまいます. これは数年に 1 度, 地球の場合だとエル・ニーニョと同じような 時間間隔で起る現象です. 原因はまだわかっていません.

金星に移ります. 金星は地球とほぼ同じ大きさです. 気温は 500 ℃で, 硫酸の雲で覆われています. この雲の厚さは 10 km くらいです.

こちらは探査機が金星の地面に降りて撮ってきた写真です. 地表面は赤っぽい色で, 岩がごろごろしています. 探査機の一部も見えています. 金星の地面は熱いので長時間の観測はできませんでした. この写真を撮って 10 分くらいで探査機は壊れてしまいました. 金星の地面はまだよく わかっていません.写真も 1 枚あるだけです.

こちらは金星地形の高低差をレーダーで計って復元したものです. 金星の地表は岩石に覆われていて, 山やクレーターがあります. いずれにしても荒地で, 地球とは似ても似つかない様子をしています.

まとめます. 金星は温度も圧力も高く, 人は住めません. 地球は水が豊富に存在する水の惑星と言えます. 火星は低温の星で, 時々砂が全球を覆うこともあります.
生徒から「地球以外に住めますか？」という質問が出ました. 答えは「太陽系にはまだ見つかっていません」. 今のところ 私達が生きられる星は, 地球しかないのです.

授業で使用した画像はこちらのホームページから取得したものです.

上と同じです.

Kuniko Egawa & Odaka Masatsugu 2002-04-25