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금성하층운의 거대근상구조를 시뮬레이션으로 재현, 형성 메커니즘을 해명

모두의 천문학 2019. 1. 20. 12:40

금성 탐사선 아카쓰키 관측에서 금성을 덮는 구름 속에 거대한 근상구조가 발견됐다.대규모 수치 시뮬레이션으로 이 구조의 형성 메커니즘이 풀렸다.
[2019년 1월 15일 고베대학/JAXA 우주과학연구소]

금성 탐사선 아카츠키의 적외선 관측 화상에서 금성의 고도 50km 부근의 하층운에 거대한 근상구조가 발견됐다.남북 반구마다 약 1만 km 가까이 비스듬히 늘어나는 이 구조는 아카츠키의 IR2 카메라에 의해 처음 밝혀진 것으로 연구팀은 행성 규모 근상 구조라고 부르기로 했다.이러한 행성 규모의 거대한 근상구조는 지구에서는 관측된 예가 없어 금성 특유의 현상으로 여겨지고 있다.

"아카츠키"가 파악한 금성하층운(왼쪽)과 시뮬레이션에 의한 재현 화상(오른쪽).노란 파선이 행성 규모 근상구조
"아카츠키"가 잡힌 금성하층운(왼쪽)과 시뮬레이션에 의한 재현 화상(오른쪽).노란 파선이 '행성규모 근상구조'(제공:Nature Communications지 게재논문의 그림을 일부 수정.CC BY 4.0. 이하 동)

코베대학 대학원 이학 연구과의 카시무라 히로키씨들의 연구 그룹에서는, 금성 대기 수치 시뮬레이션을 위한 계산 프로그램 "AFES-Venus"를 개발해, 해양 연구 개발 기구의 슈퍼 컴퓨터 "지구 모의 실험 장치"를 구사해 높은 공간 해상도로의 수치 시뮬레이션을 실시했다.그 결과, 이 행성 규모 근상 구조를 재현해, 한층 더 형성 메카니즘의 해명에도 성공했다.

근상 구조 형성의 열쇠가 되는 것은, 의외로 일본의 나날의 날씨와도 관련이 깊은 "한대 제트 기류"다.

지구 중고도대에서는 남북의 큰 온도차를 해소하려는 대규모 흐름(경압불안정)이 온대 저기압과 이동성 고기압, 그리고 한대제트기류를 형성하고 있다.이와 같은 메커니즘이 금성대기의 구름층에서도 작용하고 있어 고위도대에 제트기류가 형성될 수 있다.

한편, 저위도대에서는 대규모 흐름의 분포나 행성의 자전효과를 복원력으로 하는 대기파동(로스비파)에 의해, 적도로부터 위도60도 부근에 걸친 거대한 소용돌이가 생긴다(하화상 좌측). 거기에 제트기류가 추가됨으로써 소용돌이가 기울어지고, 확대되어 북풍과 남풍이 부딪치는 수렴대가 근상에 형성된다. 수속대로 갈 곳을 잃은 남북풍은 강한 하강류가 되어, 구름의 영역이 얇은 영역이 근상에 형성된다.

행성 규모 근상 구조의 형성 메커니즘
행성규모 근상구조의 형성 메커니즘. 저위도대에서 발생하는 로스비파는 적도를 건넌 운층하부에 존재하는 파동(적도 켈빈파)과 결합되어 있으며, 이로 인해 남북대칭성이 유지되고 있음을 알 수 있었다.금성은 서향으로 자전하기 때문에 제트기도 서쪽으로 분다

이번 결과는 아카츠키에 의한 금성 탐사와 지구 시뮬레이터에 의한 고해상도로 대규모 시뮬레이션 연계를 통한 세계 최초의 성과로 금성기상학이 새로운 단계에 이르렀음을 보여준다.향후도, "아카츠키"의 관측과 시뮬레이션 해석의 제휴로, 금성기상의 수수께끼가 해명되는 것이 기대된다.

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