土星の衛星タイタンの対流雲の数値モデルを用いた研究

使用土星卫星土卫六上对流云数值模型进行研究

基本信息

批准号：
15654065
负责人：
中島健介
金额：
$ 2.05万
依托单位：
Kyushu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Exploratory Research
财政年份：
2003
资助国家：
日本
起止时间：
2003 至 2005
项目状态：
已结题

项目摘要

1.雲対流数値モデルの完成:昨年度までに作成してきた雲対流数値モデルに、簡略なメタンの相変化と雲物理過程を導入し、タイタンの大気構造での雲対流計算が可能となった。ただし、大きな過飽和度を含む場合の熱力学過程については課題が残った。また、長時間の数値実験のために必要な、放射過程も単純化したものにとどまっている。2.数値実験の実行:上のモデルを用いて長時間の数値計算を行い、平均的な大気構造と雲の活動度を見積もった。その結果、ホイヘンス探査機が観測したような、比較的低いメタン相対湿度の元でも、活発な対流雲活動が生じた。しかし、雲の到達高度は十数キロ程度であり、カッシーニが観測した高度(35キロ)を説明するためには、平衡構造としての雲対流では不足であり、何か特別なメカニズムが必要であることが示唆される。3.火山を想定した数値実験の実行:地質学的時間スケールの収支の考察と、カッシーニによる観測から、タイタン表面では火山活動でメタンが放出されることが示唆される。そこで、火山を想定して、大気下層に熱・メタンを供給した条件での大気運動を計算した。その結果、条件によっては高度40キロ近くまで到達するメタンの雲活動が説明できる。4.非平衡凝縮による雲活動の数値実験:過飽和が凝結の臨界値近くにまで高まっていれば、大気のどこか生じた音波・重力波が鉛直・水平に伝播し、これが初期擾乱から離れた地点でも雲活動を励起する可能性がある。このような設定での数値実験を幾つか行った結果、非常に短時間で上方に成長する雲活動が生じ、観測を説明できる可能性がある。5.研究の一環として、欧州地球科学連合学会に出席し昨年度までの成果を発表するとともに最新の観測結果について情報収集を行った。さらに、上の第2項については、米国地球物理学連合秋季大会にて発表を行った。他の成果について、今後、関係雑誌に投稿予定である。

1. 完成云对流数值模型：通过将简单的甲烷相变和云物理过程引入到去年创建的云对流数值模型中，使得计算土卫六大气结构中的云对流成为可能。然而，当涉及大程度的过饱和时，热力学过程仍然存在问题。此外，长期数值实验所需的辐射过程仍然被简化。 2. 数值实验的执行：利用上述模型，我们进行了长期的数值计算，以估计平均大气结构和云活动。因此，即使在相对较低的甲烷相对湿度下，也会发生活跃的对流云活动，例如惠更斯航天器所观察到的情况。然而，云层到达的高度约为10多公里，云对流作为平衡结构不足以解释卡西尼号观测到的高度（35公里），这表明需要一些特殊的机制。 3. 假设火山进行数值实验：考虑地质时间尺度的平衡和卡西尼号的观测表明，土卫六表面的火山活动释放了甲烷。因此，假设有一座火山，大气运动是在向低层大气提供热量和甲烷的条件下计算的。因此，可以解释根据条件可达近40公里高度的甲烷云活动。 4、非平衡凝结云活动的数值实验：如果过饱和度增加到接近凝结临界值，则大气中某处产生的声波和引力波会垂直和水平传播，并与初始扰动分离。即使在这一点上，云活动也有可能会兴奋起来。在这种情况下进行的几个数值实验表明，在很短的时间内向上增长的云活动可以解释这些观测结果。 5.作为我们研究的一部分，我们参加了欧洲地球科学联盟会议，展示我们去年的成果，并收集最新观测结果的信息。此外，关于上面的第2项，我们在美国地球物理联盟秋季会议上做了介绍。我们计划将来向相关期刊提交其他结果。