地球外渦

地球外渦 は、地球以外の十分な大気を持つ惑星や自然衛星で発生する渦である。観測された地球外渦のほとんどは、大規模なサイクロンまたは高気圧で確認されている。しかし、時折発生する砂嵐が火星やタイタンで渦を発生させることが知られている。^[1]さまざまな宇宙船ミッションによって、過去および現在の地球外渦の証拠が記録されている。最大の地球外渦は、ガス惑星である木星と土星、および氷惑星である天王星と海王星で発見されている。

水星の大気は薄いため、嵐のような気象現象や、雲、風、雨などの大気現象は発生しません。^[2]むしろ珍しいことに、水星には磁気「竜巻」があり、2008年のフライバイ中にNASAのマーキュリーメッセンジャーによって観測されました。竜巻は、水星の磁場を宇宙につなぐ磁場のねじれた束です。^[3]

ビーナス・エクスプレスは、 2006年に金星に接近飛行した際、金星の両極に2つの大きな形状変化渦（極渦）を観測した。ビーナス・エクスプレスのVIRTIS機器による高解像度赤外線測定により、南極には大きく絶えず変化する二重の目を持つ渦があることがわかった。二重の目を持つ渦の原因は不明だが、極渦は下層大気のハドレー循環によって引き起こされる。珍しいことに、南極の二重渦はどちらも一列に並ぶことはなく、わずかに異なる高度に位置している。南極のサイクロンのような嵐は、ヨーロッパとほぼ同じ大きさである。さらに、南極の極渦は常に形を変えているが、原因はまだわかっていない。^[4]

1979年、NASAのパイオニア・ヴィーナスは北極で二重渦のサイクロンを観測した。パイオニア・ヴィーナス以来、北極の拡大観測はそれほど行われていない。^[5]

金星の水の大半は宇宙に逃げてしまったため、地球のように雨は降りません。しかし、金星で雷が発生したという証拠は、金星探査機「ビーナス・エクスプレス」のデータによって確認されています。金星の雷は、水の雲ではなく硫酸の雲と関連しているため、他のすべての惑星の雷とは異なります。ビーナス・エクスプレスの磁力計は、探査機が金星の上層大気の近くを周回していたときに放電を検出しました。ほとんどの嵐は、地表から約 25 マイルの大気圏上層で発生し、すべての降水は地表から約 20 マイルのところで蒸発します。^{[6] [7]}

火星で観測される大気現象のほとんどは砂嵐であり、時には地球から見えるほどの塵を巻き起こすことがある。火星では毎年多くの大規模な砂嵐が発生するが、さらに稀なのが火星が平均して地球の6年ごとに経験する地球規模の砂嵐である。NASAは1971年、1977年、1982年、1994年、2001年、2007年、2018年に地球規模の砂嵐を観測した。これらの大規模な砂嵐は太陽光発電で稼働する探査車や宇宙船に問題を引き起こすが、火星の風速は最大100 km（60マイル）^[要出典]で、地球のハリケーン級の風速の半分以下であり、機械設備を破壊するほどではない。^{[8] [9]}

火星は繰り返し発生する砂嵐で最もよく知られていますが、地球と同様にサイクロンのような嵐や極渦も発生します。

1999年4月27日、ハッブル宇宙望遠鏡は火星の北極地域で直径1,800 km (1,100 mi) の珍しいサイクロンを発見した。このサイクロンには、直径320 km (200 mi) の巨大な眼を取り囲む3本の雲の帯があり、地球の両極で発見された嵐 (極低気圧を参照) に似た特徴があった。このサイクロンが観測されたのはほんの一瞬で、6時間後に撮影されたときには消滅しつつあるように見え、その後の撮影では確認されなかった。^[10]ほぼ同じ地域では、2001年3月2日のサイクロン、2003年1月19日のサイクロン、2004年11月27日のサイクロンなど、いくつかのサイクロンが撮影されている。^[11]

さらに、NASA の 2001 年火星探査機オデッセイは、北緯 70 度以上の高緯度で、惑星の大気中に冷たく密度の低い極渦を観測しました。NASA は、毎年冬になると北極の大気圏上に極渦が形成されると結論付けました。渦と大気圏は、極を取り囲む強風と地上のジェット気流のような特徴を持つ遷移帯によって隔てられています。^[12]これらの環状極渦の安定性は、火星の塵がその形成に役割を果たしている可能性があると科学者が考えているため、現在も研究が続いています。^[13]

木星の大気は、地球の大気と似た、サイクロンまたは高気圧である可能性が高い何百もの渦で覆われています。ボイジャーとカッシーニは、地球の大気とは異なり、木星の渦の90％が高気圧であることを発見しました。つまり、木星の自転とは反対方向に回転しているということです。^[14]長年にわたり、多くのサイクロンが現れたり消えたりしており、中には合体してより大きなサイクロンを形成するものもありました。

NASAのジュノー宇宙船が2016年に木星に到着したとき、木星の北極と南極を囲む巨大なサイクロンを観測しました。北極の周りには9つの大きなサイクロンが、南極の周りには6つの大きなサイクロンが見られました。その後のフライバイで、ジュノーは南極で別のサイクロンを発見し、7つのサイクロンのうち6つが南極の中心にあるサイクロンの周りに六角形の配置を形成していることに気づきました。ジュノーのデータによると、この嵐のシステムは安定しており、渦が合体しようとする兆候は見られませんでした。^[15]

木星の大赤斑は、これまで知られている地球外高気圧（またはサイクロン）の中では群を抜いて最大である。大赤斑は南半球に位置し、地球上で観測されたどの嵐よりも風速が速い。ジュノーの新しいデータによると、嵐は木星の大気圏に約 320 km（200 マイル）浸透している。この巨大な嵐は 1830 年から観測されているが、おそらく 350 年以上も存続している。100 年以上前、大赤斑は地球 2 個分をはるかに超える幅があったが、それ以来縮小し続けている。1979年にボイジャー 1 号と2 号が通過した際、この巨大なサイクロンは地球の直径の 2 倍であると測定された。今日、望遠鏡による測定では、直径は地球の 1.3 個分と測定されている。^[16]

オーバルBA（またはレッドスポットジュニア）は木星で2番目に大きい嵐で、2000年に3つの小さなサイクロンが合体して形成されました。大赤斑のちょうど南に位置し、近年規模が拡大し、徐々に均一な白色に変化しています。^[17]

大暗斑は、2000年にカッシーニ・ホイヘンス宇宙船によって木星の北極付近で観測された現象で、短命の暗雲であったが、大赤斑の大きさにまで成長し、11週間後に消滅した。科学者たちはこの現象が木星の強いオーロラの副作用であると推測している。^[18]

土星では毎年、地球の約28年に相当する期間、大白斑と呼ばれる大規模な惑星周回嵐が発生します。大白斑は短命ですが、崩壊後、最大3地球年にわたり、土星の大気と気温に影響を与える可能性があります。斑点は数千キロメートルの幅に及ぶこともあり、土星を周回すると自らの尾にぶつかって消えてしまうこともあります。^[19]

土星の嵐のほとんどは、南半球の、嵐の活動が非常に活発なことから科学者によって「嵐の通り道」と名付けられた地域で発生します。嵐の通り道は赤道の南35度にあり、なぜここでこれほど多くの嵐が発生するのかはまだわかっていません。^{[20]また、}ドラゴンストームと呼ばれる長寿命の嵐もあり、土星の南の緯度で時折発生します。カッシーニは、地球の雷から発生する短い静電気のバーストに似た、嵐からの電波バーストを複数回検出しました。^[21]

2006年10月11日、カッシーニ・ホイヘンス宇宙船は、土星の南極上空にはっきりとした目壁を持つ嵐の画像を撮影した。^[22]その嵐は幅8,000キロメートル（5,000マイル）あり、目壁の嵐は高さ70キロメートル（43マイル）に達した。嵐の風速は時速550キロメートル（340マイル）で、土星の南極上空で静止しているように見えた。^[23]

土星は現在、太陽系で最も長く続く雷雨の記録を保持しており、2009年にカッシーニが観測した8か月以上続いた嵐である。カッシーニの機器は、土星の大気中の雷放電から来る強力な電波を検出した。これらの電波は、地球の雷によって放出される電波の約10,000倍の強さである。^[24]

土星の北極にある六角形のサイクロンは、ボイジャー1号と2号の通過以来発見されており、2009年1月3日にカッシーニによって初めて撮影されました。 ^[25]直径は24,000 km（15,000マイル）弱、深さは約100 km（60マイル）で、北緯約78度で環を持つ惑星の北極を取り囲んでいます。^[26]

タイタンは地球と非常によく似ており、現在でも大気と安定した表面液体が存在する唯一の惑星として知られています。タイタンは地球と同様に嵐を経験しますが、水の代わりにメタンとエタンの液体がタイタンに存在します。^[27]

カッシーニのデータによると、タイタンでは地球や火星と同様の砂嵐が発生していることが判明した。^[28]タイタンが春分と秋分の日にあるとき、強いダウンバースト風が砂丘からミクロンサイズの粒子を巻き上げ、砂嵐を発生させる。砂嵐は比較的短時間だが、大気中に強い赤外線の明るい斑点を作り出すため、カッシーニはそれを検出した。^[29]

カッシーニは2012年6月にタイタンの南極渦の画像を撮影した。タイタンには南極渦と同様の特徴を持つ北極渦もあることがわかった。科学者たちは後に、これらの渦は冬の間に形成されることを発見した。つまり、地球の極渦と同様に季節的なものである。^[30]

南極の渦は2013年に再び撮影され、これまで考えられていたよりも大気圏の高い位置で渦が形成されることが判明した。タイタンの霞んだ大気は太陽の光に照らされないが、渦の画像では南極に明るい点が映し出されていた。科学者たちは、渦は太陽の光に照らされる可能性があるため、大気圏の高い位置、おそらく霞の上方にあると推測した。^[31]

天王星は長い間、嵐が観測されていないことから大気が静止していると考えられてきましたが、近年、天文学者はこの惑星でより多くの嵐の活動を観測し始めています。しかし、天王星は地球から遠く離れており、定期的に観測することが難しいため、データはまだ限られています。

2018年、ハッブル宇宙望遠鏡（HST）は、北極に大きく明るい極冠が広がる天王星の画像を撮影した。この嵐は長期間続くと考えられており、科学者は大気の流れの季節的な変化によって形成されると理論づけている。^[32]

2006年、ハッブル宇宙望遠鏡は天王星の暗黒斑を撮影した。科学者たちは天王星の暗黒斑（UDS）と海王星の大暗黒斑（GDS）の間に類似点を見つけたが、UDSははるかに小さかった。GDSは海王星の大気中の高気圧渦であると考えられており、UDSは性質が似ていると推定されている。^[33]

1998年、ハッブル宇宙望遠鏡は季節の変化により天王星で猛威を振るう複数の嵐の赤外線画像を撮影した。^[34]

大暗斑は、 1989年にボイジャー2号によって海王星の南半球で観測された地球サイズの渦でした。 ^[35]この嵐は、太陽系で記録された風速約2,400 km/h（1,500 mph）で、18.3時間ごとに惑星の周りを1周しました。^[36]ハッブル宇宙望遠鏡が1994年に海王星に視線を向けたとき、この斑点は消えていましたが、斑点を引き起こした嵐は大気圏の下層で継続していた可能性があります。^[37]

小暗斑（大暗斑2号または魔法使いの目と呼ばれることもある）は、1989年にボイジャー2号が海王星を通過した際に観測されたもう1つの渦である。この斑点は海王星の南約30度に位置し、16.1時間ごとに海王星を通過する。^[36]小暗斑の特徴的な外観は、嵐の中心から湧き上がる白いメタン氷の雲によって目のような外観になっている。^[38]この嵐も、ハッブル宇宙望遠鏡が1994年に海王星を調査した時点では消滅していたようである。

最初の 2 つの黒点が発見されて以来、海王星では合計 4 つの黒点が観測されている。2015 年に南半球で発生した小さな嵐は、NASA ゴダード宇宙センターのエイミー・サイモンと彼女のチーム(彼女は現在、外惑星大気遺産プロジェクトに参加している) によって発生から消滅まで追跡された。この小さな嵐を追跡することに集中していたチームは、2018 年に赤道の北 23 度に大黒点と同じ大きさの巨大な黒点が出現したことを発見することができた。^[37]このチームによる観測では、黒点が存在しない場合でも、これらの黒点を引き起こす嵐を特定する上で「伴う雲」の重要性を指摘することができた。^[39]このチームはまた、嵐の寿命はおそらく 2 年で、最長 6 年の寿命もあると結論付けており、今後は黒点の形状と速度を研究する予定である。^[37]