地球と火星におけるダストデビル現象の概要

北海道大学理学部地球科学科惑星物理学研究室 B ４

加藤美和

～ DUST DEVILS ON EARTH AND MARS のレビュー～

研究目的

• 私の研究目的– Balme and Greeley(2006) の論文のレビュー

を通して , ダストデビル現象の地球と火星の共通点・相違点や基礎的な構造をまとめる .

• Balme and Greeley(2006) 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 .

• 塵や砂を含んだ目に見える螺旋状の上昇流 .

• 主に乾燥した砂漠地域で観測される .

• 日射により勢力を増す .

　　アメリカ・モジャヴェ砂漠のエルミラージュ乾湖で観測されたダストデビル .

2005 年 3 月 21 日の現地時間 12:55 にJeff T. Alu によって撮影された . (http://www.answers.com/topic/mojave-dustdevil-jpg-1 より引用 )

ダストデビルの形成メカニズム1. 地表面が日射によって

暖められる .

2. そのことにより地表面付近の断熱空気の温度勾配が大きくなる .

3. その結果強い上昇流が生じる .

4. それがダストを巻き上げ , 渦を巻くことでダストデビルとなる .

高度に対する断熱大気の温度の模式図 .

(a) は日射の強い昼の場合を , (b)は日射のない夜の場合を表している .

日射が強いと地表面付近の気温が上昇し , 強い上昇流が起きやすくなる .

ダストデビル内部の風速• 左図は地球のダストデビル

内部の風速の模式図である .• 領域 1 はダストが流入する

領域 , 領域 2 はダストが回転しながら上昇する領域 , 領域 3 はダストが流出する領域である .

• 領域 1 – 2 , 2 – 3 の境界での風速はいずれも 10m/s 以下である .

• 領域 2 – 3 の境界ほどの高度 ( オーダー 10 ～ 100m) では , しばしば下降流が観測される . (W が負の値をとる .)

ダストデビルの観測例 地球

その場観測

• (a) と (b) は地球で観測されたダストデビルの直径ごとの発生率である .

• 棒グラフの上の数字はダストデビルの数を表している .

• (a) は定点観測の気象データであり , (b) は 500m×300m の領域観測の気象データである .

火星衛星画像

• (a) は上空から見たダストデビル（ MOC NA images M1001267 ）であり , (b) はダストデビルの軌跡（ NASA Planetary Image Atlas image PIA02376 ）である .

• 図はいずれも Balme, M., and R. Greeley(2006) より引用した .

ダストデビルの観測結果のまとめ

　 地球 火星発生地域 乾燥地域 全球規模発生時刻 10 時～ 17 時 12 ～ 13 時発生季節 夏 夏直径 ｵｰﾀﾞｰ 1m ｵｰﾀﾞｰ 10m ～ 100m

高さ ｵｰﾀﾞｰ 1m ～100m

ｵｰﾀﾞｰ 100m ～1000m

風速 ( 高度～2m)

ｵｰﾀﾞｰ 1m ｵｰﾀﾞｰ 10m

温度変位 ｵｰﾀﾞｰ 1 Ｋ 5 ～ 6 Ｋ

圧力変位 ｵｰﾀﾞｰ 1mbar ｵｰﾀﾞｰ 0.001 ～0.01mbar

ダストデビルが大気に及ぼす影響

• 地球・火星両惑星における大気のダスト循環に影響を与えている .– 地球

• 地域的：アメリカ全土や , アフリカ－ヨーロッパ間のダスト循環に大きく関与している .

– 火星• 全球的：ダストストームや全球規模の大気の靄の

原因である可能性がある .

ダストデビル観測の問題点• 上昇流がなぜ渦を巻くかわかっていない .

• ダストデビルが巻き上げるダストのその場観測の例がない .

• ダストデビルと軌跡の明確な相関関係が分かっていない .

• 定点観測が主流のため , 小さなダストデビルについて十分な観測を行えていない .

• 火星ではその場観測の例が少ないため , 詳細なデータが分かっていない .

将来の展望

• 風洞実験などのシミュレーションを研究する .

• ダストデビルに含まれるダスト粒子などの観測を行う .

• 軌跡のフィールド研究を行う .

• 定点観測だけでなく , 領域観測を行う .

• 火星探査機を送り , 全球規模のその場観測を行う .

Balme and Greeley (2006) のまとめ

• 火星のダストデビルは地球のものより影響力があると分かった .

• 火星探査への影響をより詳しく知るためにはシミュレーション研究と観測との整合性を高めたり , ダスト粒子や火星で全球規模の観測をしたりする必要がある .

卒論全体のまとめ

• ダストデビルの地球と火星での共通点や相違点やおおまかな構造が理解できた .

• しかし , より詳細な部分はシミュレーションや他の論文などで研究する必要がある .

• 今後もダストデビルの研究を行っていくことで , 将来地球型惑星を発見した際 , 惑星探査の手助けになることが期待される .

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