地球と火星におけるダストデビル現象北海道大学理学部地球科学科惑星物理学研究室B４加藤美和研究目的 • 私の研究目的 – Balme, M., and R. Greeley(2006)の論文の紹介を通して, 火星と地球におけるダストデビルを比較し, その共通点と相違点を見つける. • 論文の著者の研究目的 – 火星で起きるダストデビルが将来の有人火星探査に影響を与えるかもしれないため, 危険度を予測するために事前にダストデビル研究を行う. ダストデビルとは • 地球と火星で共通に起きる大気現象のひとつである. • 塵旋風ともいう. • 塵や砂を含んだ目に見える空気の渦である. • 螺旋状の上昇気流である. El Mirage Dry Lake, Mojave Desert 00:55, 21 Mar 2005 (UTC) taken by Jeff T. Alu (http://www.answers.com/topic/mojavedustdevil-jpg-1より引用) ダストデビルの観測方法火星地球 • その場観測が主流であ • 着陸船や周回衛星の画像解析が主流である. る. – 温度, 圧力, 風速, 風向などから直径を見積もる. – 影から直径や高さを, 軌跡から直径を見積もる. 左図は火星で観測されたダストデビル通過前後の気象データ. ダストデビル通過前後で風向が北西から北東に急変化し, 圧力と温度がダストデビル通過時に一時的に下降しているのがわかる. (Schofield, J. T., J. R. Barnes, D. Crisp, R. M. Haberle, S. Larson, J. A. Magalhaes, J.R. Murphy, A. Seiff, and G. Wilson(1997)より引用, MPFによる気象データ) ダストデビルの観測例地球 a 火星 b a d c • • • • c b e d a, b. アメリカネバダ州エルドラド峡谷にて撮影 c. アメリカアリゾナ州エロイにて撮影 d. アメリカアリゾナ州ツーソンにて撮影全てBalme, M., and R. Greeley(2006)より引用 • • • • • • a. 火星の靄中に発生するダストデビル（NASA MPF images 165020033） b. 火星表面を移動するダストデビル（MER Spirit Navigation camera） c. 複数個同時発生するダストデビル（MOC NA images R1001267） d. 上空から見たダストデビル（MOC NA images M1001267） e. ダストデビルの軌跡（NASA Planetary Image Atlas image PIA02376）全てBalme, M., and R. Greeley(2006)より引用ダストデビルの発生地域の特徴 1. 2. 3. 4. 地球と火星ではダストデビルは似たような場所で起きると考えられている. 強い日射が続く地域, または土壌温度が高い地域. 地表面に塵や岩石の破片が多い乾燥地域. 緩やかな傾斜地. 風が集まるような地形, または風を妨げる地形. ダストデビルの主な観測地点地球【世界地図｜SEKAICHIZU】（http://www.sekaichizu.jp）より引用 • 米ネバダ州エルドラド峡谷 • 米南カリフォルニア・モジャヴェ砂漠火星 The Mars Orbiter Laser Altimeter Image Gallery(http://mola.gsfc.nasa.gov/images/top o_labeled.jpg)より引用 • アマゾニス平原 • アルギュレ平原ダストデビルの大きさ火星地球 • 直径 : 数m程度である. • 高さ : 数m～数百m程度である. 地球上のダストデビル観測結果（気象データ）観測場所観測数高さ（m）直径（m）直径の平均（ｍ）参考元の論文 Tucson 425 NA ~1.5-~46 ~10-11 Sinclair[1965] Avra Valley 1674 NA ~3-~30 ~7-8 Sinclair[1969] Tucson 508 NA ~3-~30 ~7-8 Sinclair[1969] ?? 588 NA ~1.5-~46 ~2-3 Carroll and Ryan[1970] AOC(1986) 2117 NA ~1-~100 ~4-5 Snow and McCelland[1990] AOC(1987) 1009 NA ~1-~100 ~7-8 Snow and McCelland[1990] • 直径 : 数十～数百m程度である. • 高さ : 数十m～数km程度である. 観測機 Viking Viking MPF IMP MOC WA MOC WA MPF IMP MOC NA MOC WA 火星上のダストデビル観測結果（画像解析）観測数高さ（㎞）直径（m）参考元の論文 ~100 1-2.5 70-1000 Thomas and Gierasch [1985] ~30 平均 ~1.3 ~100 Wennmacher et al. [1996] 5 0.05-0.25 15-80 Metzger et al. [1999] NA ≦6 NA Edgett and Malin [2000] NA 0.4-2.6 <1750 Biener et al. [2002] 14 NA 15-550 Ferri et al. [2003] ≧20 0.17-1.8 25-509 Fisher et al. [2005] ≧14 3.8-8.5 NA Fisher et al. [2005] NAは観測結果として有効でないことを意味している. ダストデビルの寿命と発生時刻地球 • 火星 • 寿命は数分～数十分程度である. • 寿命は一年以内のオーダーということがわかっているが, 具体的な長さはわかっていない. • 発生時刻は現地時間の12 時～13時が最も多い. • 発生時刻は現地時間の10 時～17時が最も多い. まとめ共通点発生地域日射が多い地表面に十分塵がある上昇気流が発生しやすい地形相違点地球用いるデータ気象データ大きさ小さい(直径数ｍ程度) 発生時刻長い(10時～17時) 火星画像データ大きい(直径数十～数百ｍ) 短い(12時～13時) 火星のダストデビル観測における問題点 • 私の研究における問題点 – 周回衛星による観測地域の範囲は広いが, 時間的に連続していないため, ひとつひとつのダストデビルについて十分な観測を行えていない. • 論文の著者の研究における問題点 – 火星の気象データが着陸探査機によるものしかない. – 画像解析に用いる軌跡とダストデビルとの関係性が明確でない. 今後の展望 • 私の展望 – ダストデビルの発生から消滅までのデータを得るため, 静止周回衛星による長期観測を行う. • 論文の著者の展望 – 火星の気象データを地球のものと比較できるようにするため, 火星のその場観測を広範囲に充実させる. – 現在の画像解析で用いられるダストデビルの軌跡とダストデビルの関係性を調べる. – その場観測や画像解析では限界があるので, モデルによるシミュレーションを行う. 参考文献 • • • • • • • • • • Balme, M., and R. Greeley(2006);Dust Devils on Earth and Mars, Rev. Geophys., 44, RG3003, doil:10.1029/2005RG000188 Sinclair, P. C.(1969);General characteristics of dust devils, J. Appl. Meteorol., 8, 3245 Schofield, J. T., J. R. Barnes, D. Crisp, R. M. Haberle, S. Larson, J. A. Magalhaes, J.R. Murphy, A. Seiff, and G. Wilson(1997);The Mars Pathfinder atmaspheric structure investigation meteorology experiment, Science, 278, 1752-1758 伊藤宏記(2008)；地球と火星のダストデビル、神戸大学理学部地球惑星科学科卒業論文東京工科大学・札幌市立大学デザイン学部・自然科学研究機構国立天文台・宇宙航空研究開発機構；月探査情報ステーション(http://moon.jaxa.jp/ja/index_fl.shtml) Paul Raeburn(1999)；火星解き明かされる赤い惑星の謎、日経ナショナルジオグラフィック社日本惑星協会（http://www.planetary.or.jp/top.html）(1999) 財団法人横浜市青少年育成協会(2005);はまぎんこども宇宙科学館ホームページ（http://www.ysc.go.jp/ysc/ysc.html） The Mars Orbiter Laser Altimeter Image Gallery, JPL/NASA (http://mola.gsfc.nasa.gov/images.html) NASA Photojournal (http://photojournal.jpl.nasa.gov/)