Re: 惑星探査　（再アップ）

タイトル:

コメント:
|> こんにちは。（再アップ分です。） |> 惑星探査結果に関しては、まだ全部を出しているとはいえない部分があり、 |> 学者さんの書いた書籍を完全には信用しない方が良いと私は考えています。 |> （これは書籍の著者を非難するわけではなく、学者はＮＡＳＡの公式発表 |> を元に研究をしたり理論を組み立てているので、その土台が後に何らかの |> 理由で変更されると、せっかくの研究や論文が役に立たなくなる可能性が |> ある、と言っているだけです。） |> ●金星大気に関する諸元。 |> 気圧９０気圧。温度４７０度Ｃ。大気の成分は９５％が二酸化炭素。他は |> 窒素、アルゴン、水など。金星の大きさは直径一万二千百キロｍ。地球の |> 約９５％。自転周期は２４３日。 |> （このことから自転による遠心力の影響は考えないでよいと思う。） |> （データの引用文献は「スペースガイド２００３」：平成１５年発行） |> 赤道上の重力は地球の９１％。太陽からの輻射量は地球の１．９１倍。 |> （データの引用は「理科年表」２００１年版。） |> この大気の数値（温度と圧力）に関しての疑問理由。 |> ーーーーー |> ●理由１ |> ーーーーー |> 金星の重力が地球の９１％だからと言う理由で、金星の大気が地球より少ない |> という考え方は出来ない、という事実が挙げられます。 |> ★金星の大気成分から大気圧の高さを説明できない。 |> ーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーー |> まず、地球の大気と比較して考えてみます。 |> 地球の大気は密度が約１．３（ｋｇ／立方ｍ）です。 |> この内訳は、酸素が２０％、窒素が約８０％でこの二つが地球大気の大部分を |> しめています。ところで、この大気の比重を１とする場合の、他の気体の比重 |> が理科年表に記載されています。 |> 一番比重が重いのが「ラドン」の７．５３で、これが地球大気全部だとすると、 |> 地表の大気圧は７．５３倍の７．５３気圧になるはずです。他は、キセノンが |> ４．５５３、二酸化硫黄が２．２６４、二酸化炭素が１．５２９、フレオン１ |> ２が３．９３１、ヨウ化水素が４．４４７、フッ化ウランが３．６２、などが |> 重い気体としてあげられます。 |> 金星の大気の大部分は二酸化炭素なので、地球大気を二酸化炭素に置き換えて |> みると、二酸化炭素の比重は１．５２９なので、大気は１．５２９倍重いもの |> に変わります。すると地上の気圧は１．５２９気圧となるはずです。 |> なんと地上では大気を全部二酸化炭素に置き換えても、地表の気圧は１．５気 |> 圧ていどにしかならないわけです。 |> それでは金星上ではどうでしょうか。もしも、地上と同じ温度で、同じ量の二 |> 酸化炭素で金星大気ができていれば、地球の重力の９１％の重力しかない金星 |> では、大気圧は１．５２９×０．９１≒１．４で、約１．４気圧位になるはず |> です。 |> それでは、同様に金星の大気を全てラドン変えてしまうとどうなるかというと、 |> ７．５３×０．９１≒６．８で６．８気圧にしかなりません。 |> どうやら通常の気体では、地球の９０倍の９０気圧には到底至らないようです。 |> ★金星の温度から金星の大気圧を説明できない。 |> ーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーー |> こんどは温度に関して考えてみましょう。 |> 理想気体では、Ｐ（圧力）×Ｖ（体積）／Ｔ（温度）＝（一定）という、 |> ボイルーシャルルの法則があります。この式から、気体が他に漏れなければ体積 |> が一定なら温度を２倍にすると圧力も２倍になります。 |> 地球の気温を金星の温度にしてみるとどうなるでしょうか。 |> 話を簡単にするために、大気の体積は一定とします。すると、気温が４７０度Ｃ |> になると、圧力は１×４７０÷２７３≒１．７２となり、約１．７気圧となりま |> す。 |> また、大気を二酸化炭素に変えて、この温度を適用した場合には、１．５２９× |> １．７≒２．６となり、地上では約２．６気圧となります。 |> 実際には、温度を上げると気体の体積が膨張して増えるので、気体の密度は希薄 |> になってしまいます。つまり軽くなるのですね。空気を暖めると膨張して軽くな |> るので上空へと上ってゆくのはこの原理によります。それで惑星の大気圧は上記 |> の計算どおりに高くはなりません。つまり、Ｐ×Ｖの片方でなく両方が増える為 |> 温度上昇の結果は不確定となります。（最大値は１．７２。） |> おまけに、惑星の上空は重力が弱いため、惑星大気の場合には、膨張してあふれ |> た大気部分は、外側に広がる真空の宇宙空間へと逃げ去って、大気は減ってしま |> うはずです。 |> ★想像を絶する９０気圧という圧力の極端さ。 |> ーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーー |> ９０気圧というと海面下９００ｍの水圧と同じですから、鋼鉄製の頑丈な潜水艇 |> でも作らないと持ちません。やわな水中カメラなどはペシャンコになって破壊さ |> れてしまうでしょう。 |> １気圧は１ｃｍの四角の表面に１０１３ｇの重さがかかっています。９０気圧の |> 場合には約９０ｋｇの重さがかかる圧力です。これは１ｍ四方の面積だと９００ |> ｔの重さがかかっていることになります。こうした強度に耐えられる宇宙船を作 |> ることは大変なことだと言わざるを得ません。 |> ★金星大気は地球より６５倍も多いのか？ |> ーーーーーーーーーーーーーーーーーーー |> それでは、地球の大気が９０気圧になるように増やすには、大気をどのくらいの |> 量圧縮して詰め込まなければならないのでしょうか。大気は二酸化炭素を使い、 |> 温度を同じとすると、必要な大気の量は、９０÷１．５２９≒５８．８６となり |> 約５９倍の大気量が必要となります。 |> 金星の場合、大気を保持する重力強度が地球より弱く０．９１倍しかないために |> 大気圧を９０気圧にするためには、さらに多くの大気量が必要となります。（そ |> のままの大気を金星の上に持ってゆくと８１．９気圧に減ってしまう。金星上の |> 重力強度で９０気圧を得るには、９０÷１．５２９÷０．９１≒６４．６８で約 |> ６４．７倍の大気量が必要。） |> さて、今度は温度を金星と同じにあげてみます。金星の大気が密閉された空間だ |> と仮定するわけです。すると、金星の大気が膨張するので圧力は高くなります。 |> しかし、それでは結果が複雑になるので、密閉してしまう場合を考えてみます。 |> つまり体積は変わらないようにするわけです。すると、この場合ＰＶ／Ｔ＝（一 |> 定）から、圧力は、６４．６８×４７０÷２７３≒１１１．３５となり、１１１ |> 気圧にもなってしまいます。この温度と条件で９０気圧を得るには、６４．６８ |> ×２７３÷４７０≒３７．５７より約３７．６倍の大気量が必要だという計算に |> なります。 |> しかし、実際には大気は宇宙空間へ開放されているので、密閉空間の式は当ては |> まりません。圧力は温度に比例して上昇しないはずです。むしろ体積が増えて膨 |> らんでゆくだけかもしれません。そうなると大気の重心が上へ移動することにな |> り、それにかかる引力が弱くなるため、実際の圧力は下がってしまうことが考え |> られます。ところがこの値の大きさは簡単には計算できません。 |> つまり温度を上げた場合には、大気量は６４．７倍以上必要となり、この値は最 |> 低値を意味することになります。おそらく、これよりは絶対多い量を投入しなけ |> れば９０気圧にならないだろうと言えるのです。 |> こうしたことを考慮すると、金星が地球大気の６４．７倍を超える大量の大気を、 |> どのように保持しているのかという理由が重大な問題と考えられます。 |> 通常、惑星の大気は惑星の重力が主たる大気の保持力と考えられていますから、 |> 金星の場合には地球より弱いので、別な特殊な条件が必要となるはずです。 |> こうした圧力の極端さと共に、上記の考え方から、金星大気がそのような圧力を |> 生じるには、いままで気がつかなかったような思いもかけない条件が必要だと思 |> われるのです。 |> ★探査衛星の軌道要素からみた金星大気の量は少ない |> ーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーー |> 金星探査機のなかでパイオニア・ヴィーナス１号と二号機は金星周囲を回る軌道 |> に乗りましたが、その周回軌道の高度に問題があります。 |> パイオニア・ヴィーナス１号機は、１９７６年５月２０日に打ち上げられ、同年 |> １２月６日に金星周回軌道に乗りました。この探査機はそのまま金星周回軌道上 |> に１９９２年１０月９日まで、実に２６年間もの長きにわたり留まりました。し |> かしある書籍によると、この探査機の周回軌道は高度１４５ｋｍであったといい |> ます。（注１参照）。地球の場合には、高度が２００ｋｍの人工衛星は薄い大気 |> の抵抗で、軌道が次第に落ちてしまい、一年くらいしか留まれないといわれてい |> ます。（Microsoftエンカルタ参照）。ところがこの探査機の軌道はそれより５５ |> ｋｍも低いのです。それが２６年間も軌道に留まれたということは、金星大気が |> 高度１４５ｋｍでは地球よりも希薄であったという証拠になるはずです。 |> また、同じく金星探査機パイオニア・ヴィーナス２号機は、金星のレーダーマップ |> を作成するために金星周回軌道にのりました。この探査機の軌道は、遠地点が６万 |> ６千９００ｋｍ、金星に一番近づいた近地点がやはり１４５ｋｍの楕円軌道に乗り |> ました。 |> こうした近地点を決定するのに重要な要素は、惑星にできるだけ接近することです |> が、あまり近づきすぎると危険な大気濃度をもつ大気圏に突入して、燃えたり落下 |> してしまうのです。地球の場合、高度５０−９０ｋｍで大気による摩擦熱で隕石が |> 白熱して、光を発し燃え上がる大気濃度に達します。スペースシャトルや他の人工 |> 衛星もこうした高度を絶対に避けて飛行しているのです。スペースシャトルなどは |> 通常５００ｋｍくらいの高度を周回していて、帰還するための大気圏突入高度を |> １２０ｋｍに設定しています。 |> ★金星や地球、火星の温度は宇宙から見ると、さほど変わらない |> ーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーー |> 大気の温度に関しては、反射率を考慮した惑星からの輻射理論をもとに計算をし |> てみると、金星と地球や火星は、それほど温度が変わらないという結果が出てき |> ます。つまり、真っ赤に熱した鉄の玉からの電磁放射をスペクトル分析して、も |> っとも強い電磁波の放射領域を求めると、その鉄の玉の温度がわかるのと同じ方 |> 法です。これも機会がありましたらアップしてみたいと思います。 |> 総じて言えることは、金星に関しては情報があまりにも少ないので、火星以上の |> ことはわからないと言うことです。 |> ★金星には過去に３６機の探査機が派遣された。（火星へは３３機。） |> ーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーー |> しかし、火星探査に比較して金星探査が熱心でないかというと、そうでもないの |> です。むしろ派遣された探査機の数から言うと金星の方が多いのです。過去に派 |> 遣された探査機の数内訳はソ連２９機、米国７機（合計３６機）。一方、火星探 |> 査機はソ連１７機、米国１６機（合計３３機）という具合です。 |> ーーーーー |> ●理由２ |> ーーーーー |> 惑星探査結果が正直に出されているという保障がないということです。 |> たとえば火星探査でも、過去に火星写真の色が正確に出されていなかったという |> 事実が挙げられています。これは、色フィルターの組み合わせを違えて実際より |> 赤くしたり、青部分を飛ばして赤っぽい写真にしていたという事実があります。 |> この件に関しては「きち」さんのＨＰをご覧ください。火星上の色に関しては他 |> にも多くの研究家達が研究をして、すばらしい写真を再現しています。 |> 「惑星の秘密画像版」 |> http://kiti.main.jp/bbs/wakuseibbs021/joyful.cgi |> 「きちさんのＨＰ」 |> http://kiti.main.jp/ |> 「金星の表面のカラー写真：ベネラ１３号」 |> 　色補正板が色補正されていないことがわかります。 |> http://www.solarviews.com/raw/venus/vener13r.jpg |> 金星写真の参考ＨＰ |> http://www.solarviews.com/eng/venus.htm |> ベネラ９号＆１０号の写真(Venera 9 & 10) |> http://www.solarviews.com/cap/venus/venera9.htm |> 金星のカラー写真(ベネラ１３号; Color image) |> http://www.solarviews.com/cap/venus/venera13.htm |> ベネラ１３号＆１４号の写真 |> http://www.solarviews.com/cap/venus/venera13.htm |> http://www.solarviews.com/cap/venus/venera14.htm |> （注１「あなたの学んだ太陽系情報は間違っている」たま出版より） |> |> |> ∇現在、惑星探査などによりわかっている金星 |> |> の大気の状況を説明した書籍がありましたので、 |> |> 一部を紹介します。 |> |> この中には、「金星大気にはかつて大量のH2O |> |> （水分）があり、・・・」といった説明もあり、 |> |> 過去の状況が気になるところです。 |> |> 「岩波講座；地球惑星科学−１２比較惑星学， |> |> 松井孝典他，1997年」より |> |> ４　惑星大気・惑星磁気圏 |> |> ４．２　惑星大気の概観 |> |> （ａ）金星 |> |> ・金星大気は高温高圧の二酸化炭素大気で特徴づけ |> |> られている。 |> |> 大気はほとんどすべて二酸化炭素であって，３％の |> |> 窒素を含む。 |> |> 地表気圧は9.2MPa，地表温度は735Kと推定される。 |> |> 金星大気の鉛直構造は図4.9に，大気組成は表4.5に |> |> 示されている。 |> |> ・金星は１０個以上の探査機（米国と旧ソ連）が直接 |> |> 大気内に入ってその場観測行っているため，地球に次 |> |> いで最もその場観測データが多い惑星である。 |> |> しかし，高温のためにプローブの寿命が短く，下層 |> |> 大気の継続的なその場観測はない。 |> |> 金星大気は全面的に雲に覆われているために大気外 |> |> から可視光で地表を見ることはできないが，直接的 |> |> な観測がない60年代にすでにマイクロ波の観測から |> |> 高温高圧の地表は推定されていた。 |> |> ・図4.9は探査機のデータにもとづいて推定された |> |> 金星標準大気の構造を示している。 |> |> 高度50−65kmに全球をほぼ一様に覆う雲の層があり， |> |> さらにその上80−90km高度までもやの層が存在して |> |> いると考えられている。 |> |> 雲の下の温度勾配はほぼ断熱温度勾配に従うが，断熱 |> |> 温度勾配よりは有意に（1K／km 程度）安定である。 |> |> 地球の場合と異なって地表温度は緯度方向にほとんど |> |> 変化せず，南北の温度差は5K 程度しかない。 |> |> 金星の１太陽日は116.7日（公転周期は224.7日，自転 |> |> 周期は243日で公転と逆向き）と長いにも関わらず， |> |> 気温の日変化はほとんどない。 |> |> これは大気が放射冷却の時定数が大きい（表4.1参照） |> |> ためである。 |> |> さらに，自転軸がほとんど直立しているために季節 |> |> 変化もない。 |> |> ・金星を覆う雲のアルベド効果と厚い大気のために |> |> 地表にはわずかしか太陽放射が届いていない。 |> |> 雲のアルベドは平均77％に達しているため，金星大気 |> |> における正味太陽放射は地球における正味太陽放射 |> |> よりも小さい。 |> |> さらに厚い大気のなかで吸収されるため，地表面に |> |> 達する太陽放射は大気上端における量の数％にすぎ |> |> ない。 |> |> それにも関わらず高温の大気が実現されている理由 |> |> は温室効果による。 |> |> Pollackらの数値計算によるとCO2が463K，H2Oが218K， |> |> 雲が113K，SO2が52K，COが13Kの温度上昇に寄与して |> |> いるとされる。 |> |> 微少量であるにも関わらず水の効果が大きいことに |> |> 注意しよう。 |> |> 雲も重要である。 |> |> 金星の下層大気の温度分布は，雲層の上端で有効放射 |> |> 温度になるような断熱温度勾配で大まかに近似できる。 |> |> つまり雲は赤外線に対して不透明で、惑星放射にとっ |> |> てはあたかも地面のように振る舞っている。 |> |> ・大気の温度は65−100kmの間は高度とともに減少し， |> |> 地球のような明確な成層圏を欠いている。 |> |> したがって，これら全層を中層大気とよぶ。 |> |> 中層大気においても日変化はきわめて小さい。 |> |> さらに高層の温度は100km以上の高度で増加し昼間側 |> |> では170km，高度で300Kに漸近する。 |> |> 熱圏温度は地球よりもはるかに低い。 |> |> 地球では昼夜の差は200Kで全体の20％程度であるが， |> |> 金星ではやはり昼夜の差は200Kで，この場合は100− |> |> 300Kと３倍も変化することになる。 |> |> 熱圏温度の観測は原子酸素のスケールハイトの観測 |> |> にもとづいている。 |> |> 夜側の「熱圏」は熱圏とよぶにはふさわしくない低温 |> |> である。 |> |> そのために，しばしばcryosphereとよばれる。 |> |> 同じ用語は地球の氷点以下の領域にも用いられるので |> |> 注意が必要であろう。 |> |> ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・