海王星の上層大気には、太陽系で最も速い風が吹いており、その速度は 400 m/s (900 mph) に達します。これらの猛烈な風がどのように維持されているかは、惑星科学者にとって謎です。海王星は太陽から地球の 30 倍離れているため、地球が受けるフラックスは地球の 900 分の 1 です。このように、入ってくる放射線だけでは、海王星の極端な風に動力を与えることはできないようです.
ボイジャー 2 号は、海王星が日射のみから受け取るエネルギーの 2 倍以上のエネルギーを放出することを発見した [1]。最近の論文 [2] で、科学者はケック望遠鏡を使って海王星の明るい雲の特徴を観察し、惑星の上層大気の構造とダイナミクスを推測しました。これらの雲の速度と位置は、大気の温度、組成、および対流運動に関連しています。次に、これらの特性は、海王星の形成の歴史と進化についての手がかりを提供し、海王星がどのように動力を与えられているかを説明するのに役立ちます.
海王星の風速は、明るい雲が惑星を周回する際の明るい雲の特徴を追跡することによって導き出されます (図 1)。各雲の位置をフレームごとに追跡することで、速度を決定できます。この速度はほぼ純粋に東西方向です。海王星の自転速度がかなり速い (海王星の 1 日は 16 時間) ため、コリオリ力はこれらの機能を緯度で固定します。これは、所定の位置で非常に速く回転しているときに腕を伸ばすと腕を上げ下げするのが難しいのと同様です。 「ゾーン風プロファイル」と呼ばれる地球規模の風速プロファイルは、異なる緯度での雲の特徴の速度を組み合わせることによって形成されます。
ボイジャー 2 号は、海王星の帯状風プロファイルの最初の測定を行いました。その後のケック望遠鏡による海王星の観測により、最新の帯状風測定値が得られました。海王星の赤道では、さまざまなフィルターと波長で取得された帯状風プロファイル間で、最大 100 m/s (225 mph) の大幅な風速差が観測されています。これらの風速の違いは、時間の経過とともに変化する惑星によるものか、異なるスペクトル ウィンドウでの観測によるものである可能性があります。
科学者たちは初めて、前者の説明を除外することができました。 2 つのフィルターで海王星を観察し、1 晩で 2 つのフィルターを交互に行ったり来たりした結果、両方のフィルターで一連の画像を作成し、各フィルターのフレーム間の雲の動きを最小限に抑えることができました。各フィルターは海王星の異なる高度をプローブするため、研究者は、風速が深さによって変化するため、彼らが見た 100 m/s の違いに違いないと結論付けました.
風速のこれらの垂直方向の違いは、周囲の大気の構造とそのダイナミクスを駆動するものに関する多くの手がかりを提供します.風を起こすには、緯度の温度または組成の変化による圧力勾配が必要です。垂直方向の風速差の大きさは、これらの変動の強さに数学的に関連しています。雲は海王星の中緯度で最も顕著であり、これらの地域は赤道よりもはるかに寒く、凝縮性メタンが豊富であることを示唆しています。科学者たちは、この図が海王星の大気全体に垂直に広がっていると考えていました。しかし、観測された 100 m/s の垂直風速差は、この発見と矛盾しているように見えます。
彼らの最近の論文で、著者らは、観測された雲デッキの下では、上の写真が反転している可能性があると主張しています。彼らは、赤道が中緯度よりも暖かい場合、地球の中赤外線観測と一致して、赤道と比較して中緯度ではメタンが最大 4 倍枯渇するはずであると結論付けています。この発見は、大気がどのように循環し、エネルギーを分配するかについても示唆しています。メタンが豊富な体制は、上昇する空気と一致しており、それは断熱的に膨張し、凝縮した雲の粒子に冷却されます。逆に、メタンの少ない場所は、下降運動を意味します。地球上のハドレー細胞と同じように、これは海王星の大気の地球規模の循環モデルを形成します。しかし、この研究は、海王星の大気は構造的に複雑であると主張しています。いくつの細胞があるのか、循環細胞が互いに積み重なっているのか、どのくらいの深さなのかは不明です.
地上観測とハッブル宇宙望遠鏡は、1980 年代後半にボイジャーが通過して以来、海王星の曇った大気を研究する一般的な方法でした。最近、海王星は異常な嵐の活動のホストとなっています。海王星の通常は暗く静かな赤道域の巨大な嵐が、2017 年の夏にケックによって発見され [3]、2015 年 9 月にハッブル宇宙望遠鏡によって、これまでに 5 番目にしか見られなかった真新しい暗黒点が発見された [4]。 (図 2)。
これらの機能を形成するもの、拡張する深さ、およびそれらが何でできているかは現在不明です. NASA は、天王星と海王星を、今後数十年間の新しい主力宇宙船ミッションの潜在的なターゲットとして特定しました。海王星の別のクローズアップは、これらの興味深い雲システムを高解像度で垣間見ることができ、これらの未解決の問題を解決するのに役立ちます.
これらの調査結果は、ジャーナル Icarus に最近掲載された、修正された熱風の方程式で説明された海王星の上層大気における垂直ウィンド シアというタイトルの記事で説明されています。 この作業は、カリフォルニア大学バークレー校の Joshua Tollefson、 Imke de Pater、 Philip S. Marcus、および Michael H. Wong、 アメリカ自然史博物館の Statia Luszcz-Cook、 Lawrence A. Sromovsky および Patrick M.ウィスコンシン大学マディソン校の Fry と、レスター大学の Leigh N. Fletcher
参考文献:
<オール>
