アルシア山からのびる帯状の雲
2019.1.14
2019.1.16加筆
三品利郎
1 帯状の雲が出現
2018年10月22日Ls274°にMEX(Mars Express)が撮影した画像,図-1には, アルシア山から西へ細長くのびる白い雲が
写っていました. 同じ日に, 岩政さんや石橋さんが撮影した画像,図-2,図-3にもそれらしき雲が写っていました.
岩政さんの画像には, 矢印で示したところにアルシア山の西に白い雲が, カラーとGとBに写っています.
石橋さんの画像には, 矢印で示したところ, アルシア山の横(西)に白い雲が微かに写っています. マカリを使って
輝度グラフを描くと(図-4), 168pixelの付近が赤緑青とも輝度の曲線が盛り上がり明るくなっていることがわかります.
MEXが撮影した画像は,VMC(Visual Monitoring Camera) The Mars WebcamのWEBで公開されています.
そのうち図-1は, "18-295_08.00.08_VMC_Img_No_35.png"です. 10月22日8時0分に高度9130.30Kmから
撮影したとのキャプションが付いています.
石橋さんが撮影した画像, 岩政さんが撮影した画像は月惑星研究会の火星の最新観測報告に掲載されています.
2018/10/22のエントリーを開くと閲覧できます.
(ESA-European Space Agency, CC BY-SA 3.0 IGO)
図-1 MEXが撮影したアルシアからのびる帯状の雲
図-2 岩政さんの10月22日の画像
図-3 石橋さんの10月22日の画像
図-4 石橋さんの画像から描いた輝度グラフ(マカリ使用)
図-5は, Mars Climate Database で10月22日07:52:54(UT)(Ls274°)の, アルシア山山頂付近の高さ2万mでの風をシミュレーションしたものです.
矢印で示したアルシア山頂の付近は, 風速57mを超える東風(東から西に吹く風)が吹いていることがわかります. 従って, 風が山の影響
受けて雲（氷晶の雲)を発生させ, 長くのびていると考えられます.
MEXの撮影時刻から石橋さんの撮影時刻にかけて, アルシア山は夜が明け, 日が昇り気温が上がってゆきます. 夜のうちは大気が冷え切って,
長くのびていた雲が, 大気が暖かくなって消えて行き, 岩政さんが撮影した時は, 楕円型になり石橋さんが撮影した時には, 更に小さくなった様子が
画像に写っていると解釈できます.
図-5 アルシア山頂付近での風向き(LMD/OU/IAA/ESA/CNES)
2 ESAがプレスリリースを発表
10月25日に, アルシア山の帯状雲についてESAのニュースリリースが公開されました.
その要点は以下です.
・9月13日以来, MEXが標高20kmのアルシア山付近の細長い雲の形成と進展を観測している.
・この雲は, 火山の風下側の斜面が気流に影響を及ぼして引き起こされる水の氷の雲である.
・10月10日の画像で見ることができる. ラベルをつけた領域の図面(図-6)を用意した. 円錐形の火山は直径が25Okmである.
・火星は10月16日の北半球の冬至を迎えた. 冬至までの数か月の間に, アルシア山のような大きな火山での,
ほとんどの雲の活動は消散した. 残りの期間(半年)は山頂が雲で覆われる.
・この画像のような季節的に繰り返す氷の雲は, 火山の南西側に沿って形成されることが知られている.
これは, 2009年, 2012年, 2015年にMEXやその他の探査で観測された.
・火星の朝の風下に赤道にほぼ平行に伸びる雲の外観は, 地上観測でも確認できる大きさになる.
・水の氷の雲の形成は, 大気中の塵の量に敏感に反応する. 6-7月の全球的なダストストームの後で得られたこの画像は,
雲の発達と年ごとのばらつきに対する塵の影響に関する重要な情報を提供する.
・今年の, アルシア山付近の長い雲は, 可視光と近赤外のマッピングスペクトロメーターであるOMEGAと, 高解像度
ステレオカメラ（HRSC)でも観測され, 様々なデータが提供されている.
図-6 火星の細長い雲-注釈付き (2018年10月10日撮影)
珍しい雲ですが, 2009年,2012年,2015年にも観測があるとのことです. ニュースリリースの問い合わせ先になっている
サンチェス・ラヴェガ(Agustin Sanchez-Lavega)氏にメールで尋ねたところ,以下がわかりました.
● 2018年9月30日のクライド・フォスター(Clyde Foster)さんが撮影した画像(図-10)にも, 青と赤の画像に写っていること.
クライド・フォスターさんが撮影した画像は月惑星研究会の火星の最新観測報告に掲載されています. 2018/9/30の
エントリーを開くと閲覧できます.
● 2009年7月2日Ls296°(図-7), 2012年12月15日Ls226°(図-8)にはMEXが撮影しており, その画像はVMCのFlickr
で公開されていること.
●2015年1月4日Ls269°には,インドの探査機MOM(Mars Orbiter Mission),通称,マンガルヤーン（Mangalyaan）が撮影(図-9)
していること.
この画像はPlanetary SocietyのWEBに掲載されています.
(ESA-European Space Agency, CC BY-SA 3.0 IGO)
図-7 2009年7月2日にMEXが撮影した帯状の雲
(ESA-European Space Agency, CC BY-SA 3.0 IGO)
図-8 2012年12月15にMEXが撮影した帯状の雲
(SRO/ISSDC/Justin Cowart)
図-9 2015年1月4日にインドの探査機が撮影した帯状の雲
図-10 2018年9月30日,クライド・フォスターさん撮影
9月17日(Ls252°)と9月21日(Ls254°)の雲のクローズアップ画像(図-11,図-12)もニュースリリースで公開されています. ところが, 同じ日にMROが
撮影した画像(図-13,図-13)にはアルシア山の付近に雲はありますが帯状にのびてはいません. MEXはアルシア山の明け方に撮影, 一方,MROは
アルシア山の昼下がり,午後2時に撮影されています. 即ち, 明け方には帯状だった雲が, 午後2時（火星時間）縮むでいるわけです. これらの雲は,
山岳派(Lee wave)により山の風下側で出現するものでることが知られています. [1]
(ESA/CNES/CNRS/IAS )
図-11 9月17日に撮影された帯状の雲
(ESA/DLR/FU Berlin)
図-12 9月21日に撮影された帯状の雲
(NASA/JPL-Caltech/MSSS)
図-13 9月17日にMROが撮影した火星
(NASA/JPL-Caltech/MSSS)
図-14 9月21日にMROが撮影した火星
3 火星の雲のうちタルシスの火山地帯に出現するもの
ロベルト・ハバリー(Robert M. Haberle)他編, "The Atmosphere and Climate of Mars"[2]の第五章に火星の雲について詳しく書かれており,
P80-81の表に雲のタイプと発生場所, 出典の文献が掲載されています. この表から, アルシア山などの火山に関係するものを抜粋して表1にしました.
今回の帯状の雲は,Mountain lee wavesに該当します.但し,今回,2018年9月(Ls252-254°),10月(Ls274°),2009年7月(Ls296°),2012年12月
(Ls226°),2015年1月(Ls296°)はいずれも季節は北半球の冬(南半球の夏)です.
表-1 火星の雲のタイプ
| 雲のタイプ |
場所 |
形態 |
プロセス |
季節(Ls),
時刻 |
空間
スケール(km) |
高度(km) |
氷の
成分 |
粒子の大きさ
(μm) |
参考文献リスト |
Central disk,
with/without
rays |
Tharsis
Volcanoes
and Alba
Patera |
Cirrus
cumulus
巻層雲 |
Upslope
winds |
0-180°
(ACB)
peak
in late
afternoon |
Disk
comparable to
volcano extent,
rays〜30×300 |
15〜30.5
(Alba
Patera) |
H2O |
2〜4(ACB) |
[3}〜[17] |
Bore waves
long cloud |
Tharsis
Volcanoes
and saddles |
Cirrus
巻雲 |
Downslope
winds,
"hydraulic
jump" |
7-140°
(ACB)
early
morning |
1000 |
20〜25 |
H2O |
---
|
[18][19][20] |
Mountain
lee waves |
Ascraeus,
Olympus
Mons |
Cirrus,two
tailed plume
巻雲,二又の
プルーム |
Orographic
displacement
of easterly
winds |
Nortern
summer
(ACB),
early
morning |
200〜500 |
10〜25 |
H2O |
---
|
[6][16][18] |
| Waves |
Tharsis
plateau |
Cirrus
巻雲 |
Wind shear
instability |
0-180°
morning |
λ〜5-30 |
5〜15 |
H2O |
---
|
[18][19][21] |
ACB:Apherion cloud belt(遠日点の雲帯)
参考文献リストのアブストラクトを眺めるとマリナー９号の観測から始まり,探査機の観測機器が進化するにつれて,より詳細な知見が得られていることがわかります.
そのうちの[6]はViking探査機の周回機が1976年6月から11月にかけて撮影した画像をまとめたもので, その中に,Viking1号周回探査機が,アスクレウス山の
北西にプルームの様な(plumelike)雲(図-15)を見つけていたことがわかります. 撮影時のLsは110°なので、北半球の夏です。Viking1号周回探査機の軌道傾斜角
は39.3°ですので火星面の朝夕の様子を撮影することができました.この雲は早朝に現れたものです.Briggsは[6]で,この雲をlee waveによるものと考察しています.
図15 アスクレウス山の北西に現れたプルームの様な雲
(High-resolution view of an earlry morning plumelike cloud to the west of Ascraeus Mons,
acquired VO 1 on revollution 58 (Ls=110°)
(出典:Briggs,G.,Klaasen,K.,Thorpe,T.,and Wellman,J.,(1977) [6])
《参考情報》
●プルーム(plume)について
plumeは文脈によって異なった意味になるので注意が必要です.
オックスフォード天文学辞典によると「A cloud of gas,liquid,aerosols,or particles orginating from within a planet.The term is most
commonly used for the gas and aerosols emitted by a volcano that drift downwind.( 惑星の中から発生するガス,液体,エアロゾル,
または粒子による雲. この用語は, 風下に流れる火山から放出されるガスとエアロゾルに最も良く使われる。)」とのことです.
語源はフランス語(プリュームまたはプリュム)で,羽毛を意味します. 他にペンの意味で使われることもあります. それが英語になると
「帽子の羽飾り」, 即ち, これは, 身長を高く見せるため「軍帽や兜の上につけた羽根, 前立て」(図-16)を意味するように変わります.
「前立てのように高くのびる」ところが似ているため, 煙突から空高く昇る煙や,火山の噴煙のように柱状で高くのびるものを指すようになり
ました. フランス語の辞書,英語の辞書と英語のオックスフォード天文学辞典の意味が比較できるように表-2にしました.
地球科学では, 柱状で高くのびるものの意味でスーパープルームやコールドプルームというテクニカルタームがあります. 一方, 太陽に
現れる極域プルームはコロナホールから放出される羽毛状の構造のことであり, 語源の”羽毛”の意味で使われています.
図-16 旭川の北鎮記念館に展示されている憲兵士官の帽子
| 言語 |
意味 |
辞書 |
| フランス語 |
(1)(a)羽,羽毛,(b)《集合的》(枕などにつめる)羽毛,
(2)ペン,(3)【腔腸動物】海鰓(ウミエラ) |
大修館書店,スタンダード佛和辞典 |
| 英語 |
(1)羽,羽飾り(特にかぶとや帽子の)毛の前立て,
(2)名誉(栄誉)の印,(3)【昆虫】羽状毛,
【植物】羽状円すい花,冠毛,
(4)(煙や雲などの)柱,水柱 |
研究社,新英和中辞典 |
| 英語 |
A cloud of gas,liquid,aerosols,or particles orginating
from within a planet. The term is most commonly used
for the gas and aerosols emitted by a volcano that
drift downwind. The plumes above the erupting
volcanoes of Io are the largest and mostspectacular
such examples, some rising to 280km altitude and
depositing material 500km from the vent. The plumes
seen rising from the surface of Triton by Voyager 2
appear to be from geyser-like eruptions. |
Oxford DICTIONARY OF Astronomy |
●山の風下にできる雲
山の風下にできる雲と言えば, 身近なところで, 富士山のつるし雲が有名です.これは 山を越えた風が上下に波打ち, 上昇したところに雲が
できます. ウェザーニュースのWEBに説明[24]があります.
冬に湘南海岸の方から富士山を眺めると手前側に雲があり山頂付近を隠してしまうことがあります. そして, 雲は常に山頂の手前にあり動きません.
これも山岳波によるものです. 図-17は, 今年,2019年の1月3日に江の島で撮影したものです. 図-18はその時刻の風の向きと風速をWindtyで調べ
たスクリーンショットです. 高度3000m, 富士山の山頂付近では風速30kt,北西の強風が吹いています. この強風が山岳波を引き起こしており,波が
盛り上がるところに雲が発生していると考えられます.
また, 気象衛星の画像から,地形性巻雲(図-19)や波状雲(図-20)が観測されています. 地形性巻雲は山脈の風下側に発生する停滞性の上層雲[23]
です. 波状雲は,山脈や島などの風下に等間隔に並んだ雲域[24]です.
図-17 富士山の風下にできる雲
図-18 富士山付近の風(Windtyで作成)
図-19 ひまわりが撮影した地形性巻雲(出典:気象衛星センター,衛星画像の特徴的パターン,地形性巻雲)
図-20 ひまわりが撮影した波状雲(出典:気象衛星センター,衛星画像の特徴的パターン,波状雲)
<参考文献>
[1] Peter Grego著,"Mars and How to Observe It",Springer,2012,P80
[2] Robert M. Haberle他編, "The Atmosphere and Climate of Mars",Cambridge University Press,2017,P80
[3] Peale,S.J.,(1973) Water and the Martian W cloud,Icarus,18,497-501
[4] Leovy,C.B.,Briggs,G.A.,and Smith,B.A.(1973) Mars atmosphere during the Mariner 9 extended mission:
television results, J.Geophys,Res.,78,4252-4266
[5] Curran,R.J.,Conrath,B.J.,Hanel,R.A.,Kunde,V.G.,and Peal,J.C.(1973) Mars:Mariner 9 spectoroscopic evidence
for H2O ice clouds,Science,182,381-383
[6] Briggs,G.,Klaasen,K.,Thorpe,T.,and Wellman,J.,(1977) Martian dynamical phenomena during June-Novenber 1976:
Viking Orbiter imaging results,J,Geophys.Res.,82,4142-4149
[7] Hunt,G.E.,Pickersgill,A.O.,James,P.B.,and Johnson,G.(1980) Some diurnal properties of clouds over the martian
volcanoes,Nature,286,362-364
[8] Clancy,R.T.,Grossman,A.W.,Wolff,M.J.,et al.(1996) Water vapor saturation at low altitudes around Mars aphelion:
a key to Mars climate,Icarus,122,36-62
[9] James,P.B.,Bell III,J.F.,Clancy,R.T.,et al.(1996) Global imaging of Mars by Hubble Space Telescope during
the 1995 opposition,J.Geophys.Res.,101,18883-18890
[10] Pearl,J.C.,Smith,M.D.,Conrath,B.J.,Bandfield,J.S., and Christensen,P.R.(2001) Observations of Martian ice
clouds by Mars Global Surveyor Thermal Emission Spectrometer: the first Mars year,J.Geophys.,Res.,106,E6,12325-12338
[11] Wang,H., and Ingersoll,A.P.,(2002) Martian clouds observated by Mars Global Surveyor Mars Orbiter Camera,
J.Geophys.Res.,107,E105078,doi:10.10129/2001IJE001815
[12] Benson,J.L.,Bonev,B.P.,James,P.B.,Shan,K.J.,Cantor,B.A., and Caplinger,M.A.,(2003) The seasonal behavior
of water ice clouds in the Tharsis and Valles Marineris regions of Mars: Mars Orbiter Camera Observations,Icarus,165,34-52
[13] Clancy,R.T.,Wolff,M.J., and Christesen,P.R.(2003) Mars aerosol studies with the MGS TES emission phase function
observation: optical depths,particle sizes,and ice cloud types versus latitude and solar longitude,J.Geophys.Res.,108,e9,1-20
[14] Wolff,M.J., and Clancy,R.T.,(2003) Constraints on the size of Martian aerosols from Thermal Emission Spectrometer
observations,J.Geophys.Res.,108,E9,1-22
[15] Hinson,D.P., and Wilson,R.J.(2004) Temperature inversions,thermal tides, and water ice clouds in the Martian tropics,
J.Geophys.Res.,109,E01002,doi:10.1029/2003JE002129
[16] Michaels,T.I.,Colaprete,A., and Rafkin,S.C.R.,(2006) Significant vertical water transport by mountain-induced
circulations on Mars,Geophy.Res.,Lett.,33,L16201,doi:10.1029/2006GL026562
[17] Madeleine,J.B.,Forget,F.,Spica,A.,et al.(2012) Aphelion waterice cloud mapping and property retrival using
the OMEGA imaging spectrometer onboard Mars Express,J.Geophys.Res.,117,E00J07,doi:10.1029/2011JE003940
[18] Pickersgill,A.O.,and Hunt,G.E.,(1981) An examination of the formation of linear lee waves generated
by giant Martian volcanoes,J.Atoms.Sci.,38,40-51
[19] Kahn,R., and Gierash,P.(1982) Long cloud observations of Mars and implication for boundary layer
characteristics over slope,J.Geophys.Res.,87,867-880
[20] Sta.Maria,M.R.V.,Rafkin,S.C.R., and Micaels,T.I.(2006) Numarical simulation of atmospheric bore wave on Mars,
Icrus,185,383-394
[21] French,R.G.,Gierasch,P.J.,Popp,B.D., and Yerdon,R.J.,(1981) Global patterns in cloud forms on Mars,
Icarus,45,468-493
[22] Kahn,R.,(1984) The spatial and seasonal distribution of Martian clouds and some meteorological implications,
J.Geophys.Res.,89,6671-6688
[23] Hunt,G.E., and James,P.B.(1985) Martian cloud systems: current knowledge and future observations,
Adv.Space.Res.,5,93-99
[24] ウェザーニュース, "富士山に出現する「笠雲」「つるし雲」天候悪化の予兆"
[25] 気象衛星センター,衛星画像の特徴的パターン,地形性巻雲
[26] 気象衛星センター,衛星画像の特徴的パターン,波状雲
以 上