金星の巨大な大気波が、この惑星の奇妙な自転を説明できるかもしれない

金星の自転は昔から奇妙だ。金星は地球の225日に相当する日数で太陽の周りを一周するが、金星の固体部分が自転軸の周りを一回転するには地球の約243日かかる。そして、これが金星の最も奇妙な点というわけではない。奇妙な点の1つは、金星の固体表面の243日周期が正確ではないことだ。その自転周期の推定値は時とともに変化しており、科学者を困惑させている。

研究者たちは今、その理由がわかったと考えている。今週ネイチャー・ジオサイエンス誌に発表された論文で、日本のあかつき探査機のデータを扱う惑星科学者たちは、自転の特定の時点で金星の山々に大気が圧力をかけることで、金星の自転が時間とともに変化する可能性があることを発見した。

「これまで、自転速度の推定値はさまざまでしたが、少し奇妙だったのは、異なる測定値が一致しなかったことです」と、UCLAのポスドク研究員で論文の主執筆者であるトーマス・ナヴァロ氏は言う。「1つの可能性は、自転速度の変動があったことです。自転速度の変化を説明する理由の1つは大気にあるのではないかと長い間考えていました。しかし、どのようなプロセスでそれが起こるのか正確にはわかりませんでした。今回、山岳波で、1つの説明ができました。」

あかつきの研究者らが初めて金星の大気の特徴に気づいたのは2015年12月のことだ。それは、地表の山々の上に常に現れる定在波だった。

固体惑星が一周するのに約 243 日かかりますが、金星の大気は 4 ～ 5 日で惑星の周りを一周します。科学者はこれをスーパーローテーションと呼んでいます。大気がこれほど速く動くのは、風が西方向のみに吹くためです。つまり、波が何か (たとえば金星の赤道付近の山脈) にぶつかると、通り過ぎる風が上空で巨大な波に膨らむ可能性があります。

これらは重力波と呼ばれています。ブラックホールや中性子星の衝突とは無関係です。これらの現象は重力波を発生させますが、これは高度な検出器でのみ観測できます。その代わりに、大気重力波 (山岳波とも呼ばれる) は、何か (山など) が空気を押し上げ、その空気が最終的に重力によって引き下げられるときに発生します。これらの波は地球上でも発生しますが、それほど劇的ではありません。風の強い地球では、波は発生後すぐに消滅するため、大きくなりすぎることはありません。

「金星ではこの波の大きさは本当に大きく、幅は1万キロメートル（6,214マイル）にも及びますが、地球ではずっと小さく、より局所的です」とナバロ氏は言う。「大きさが異なる理由は、金星では風の方向がほとんど変わらないからです。地球では風が西向きや東向きに吹くことがありますが、金星では常に同じ方向です」

ナバロ氏らはあかつきのデータを取り、それを大気モデルに入力し、波が活発なときには惑星を引っ張り、自転速度を数分ほど一時的に変化させるほど強力であることを発見した。

さて、これは金星が常に加速している、あるいは常に減速しているという意味ではありません。ここで、金星の自転はさらに奇妙になります。金星が自転するのにかかる時間は、太陽の周りを回る時間よりも長く、また、東から西へ逆方向に自転するため、金星の昼夜サイクルは自転とまったく一致しません。その代わり、金星が昼夜サイクル (太陽日とも呼ばれます) を完了するには、地球の約 117 日かかります。

これは自転にとって重要なことです。なぜなら、金星を引っ張る山岳波は、金星の午後、つまり約 1 か月続く時間帯にのみ現れるからです。それ以外の時間帯は、金星は静止時の自転速度に戻ります。

さて、これは自転速度の変化の考えられる説明の 1 つにすぎません。この理論と一致する可能性のあるもう 1 つの説明は、固体惑星に対する太陽の潮汐力によって自転速度が変化する可能性があるというものです。何が起こっているのかを確実に知るには、研究者はより多くのデータを必要とします。

金星へのミッションは数多く提案されており、その中にはベネラD（米ロ共同プロジェクト）、欧州の探査機ENVISION、そして複数の米国ベースのミッションなどがあるが、いずれもまだ金星に向かう許可（および資金）を得ていない。

私たちの隣の惑星についてより深く理解することは、ナバロ氏らが解明に取り組んでいる未解決の疑問のいくつかを解決するのに役立つ可能性があるだけでなく、他の天文学的研究にも役立つ可能性がある。

「金星は太陽系外惑星の原型なので、探査する必要がある」とナバロ氏は言う。「来年、太陽系外惑星や居住可能な可能性のある太陽系外惑星の観測をさらに進めていくと、私たちが見ることになるこれらの惑星の多くは、金星のように非常に明るい天体になるでしょう。私たちが観測する太陽系外惑星が地球に似ているのか、それとも金星に似ているのかを理解するためには、なぜ現在の状態なのか、なぜ地球とこれほど違うのかを調査する必要があります。」