火星ダストデビルの性質を解明－火星天気予報や火星有人探査への一歩－

竹広真一 数理解析研究所准教授 西澤誠也 理化学研究所研究員、富田浩文 同チームリーダー、小高正嗣 北海道大学助教、石渡正樹 同准教授、高橋芳幸 神戸大学准教授、林祥介 同教授、杉山耕一朗 松江工業高等専門学校准教授、中島健介 九州大学助教らの共同研究グループは、スーパーコンピュータ「京」を用いた超高解像度シミュレーションにより、火星大気中の「塵旋風（いわゆる、つむじ風）」を大量に再現し、その大きさや強さの統計的性質を明らかにしました。

本研究成果は、米国の科学雑誌「Geophysical Research Letters」（2016年5月16日号）に掲載され、同誌ウェブサイトにも掲載されました。また、2016年6月23日米国の科学雑誌「Eos Earth & Space Science News」でも取り上げられました。

概要

晴天時の日中、地球の砂漠などの乾燥地では渦巻き状に立ち上がる突風が生じることがあります。この突風は地表付近の塵を大気中に巻き上げることから塵旋風と呼ばれ、英語では塵の悪魔、「Dust Devil（ダストデビル）」と呼ばれます。火星ではダストデビルが頻発し、それが大きな砂嵐へつながることもあり、時には火星全体を覆うほどの巨大な砂嵐として観測されます。

火星大気中の塵は気象と気候、およびその変動に大きな影響を与えることが知られており、ダストデビルにより塵が地表から大気中へ巻き上がることがその要因の一つとして考えられていますが、塵の量や分布がどのように決まるのかは分かっていません。これまでの火星の観測によってダストデビルの頻度や大きさはある程度分かってきましたが、観測だけではダストデビルの数が少ないため、多くの情報を得ることは困難でした。

そこで計算機による火星大気のシミュレーションが試みられました。しかし、ダストデビルの渦とそれを生み出す大気運動の規模には大きな隔たりがあるため、両者を同時計算するためには莫大な計算能力が必要であり、従来のコンピュータでは性能が不足していました。

本研究グループは、理化学研究所が開発した大気ラージエディシミュレーション（LES）の数値モデル「SCALE-LES」に火星大気の設定を組み込み、スーパーコンピュータ「京」でシミュレーションを行いました。

その結果、水平・鉛直方向ともに約20キロメートルの広い領域を約500億個に上る立方体の格子に分割し、約200時間をかけてシミュレーションした結果、3,000個を超えるダストデビルを発生させることに成功しました。また、ダストデビルの大きさや強さの統計的性質を解析することで、どのくらいの規模のダストデビルがどのくらいの頻度で存在するかが分かるようになりました。

今後、さらにシミュレーションを重ねて、ダストデビルが発生する季節や場所による違いを明らかにすることにより、火星天気予報の実現や、無人探査機のみならず有人探査機における火星への着陸・地上活動に貢献すると期待できます。

詳しい研究内容について

• 火星ダストデビルの性質を解明－火星天気予報や火星有人探査への一歩－