金星の風は、なぜ自転の60倍で回るのか ― 秒速1.8mの地面と秒速100mの雲

比率の正体 ― 秒速1.8mの地面と秒速100mの雲

金星は、ゆっくり回る惑星です。自転の周期は5832.6時間、つまり243.0日。向きは公転と逆の逆行です（米国NASAの惑星データ）。平均半径は6051.8km。赤道の一点が1周する距離を周期で割れば、地面が動く速さが出ます。

ところが、その上の雲は比べものにならない速さで流れています。雲の層の上端は高度およそ70kmにあり、ここでの東西風は秒速100mほど。向きは自転と同じ、つまり東から西へ流れています。この秒速100mは、金星の雲頂風の代表値として広く引かれる数字です。

高度70kmでの共回転の速さは秒速1.83mです。比はこうなります。

一般には「自転の約60倍」と書かれます。60倍にあたるのは秒速110m、1周4.0日です。つまり60という数は、秒速100mか110mかという観測の幅の中にあります。本記事では、計算の追える55倍を基準に、慣例の60倍を併記します。この現象を「スーパーローテーション（超回転）」と呼びます。

なぜ「循環だけ」では速くならないのか

素直に考えると、こう説明したくなります。太陽に熱された空気が上昇して極へ流れ、冷えて下り、赤道へ戻る。その循環が風を強めているのではないか。

ところが計算すると、答えは逆になります。回転する惑星の上の空気は「角運動量」を持ちます。自転軸からの距離が近いほど、同じ角運動量でも速く回る。フィギュアスケートで腕をたたむと回転が速くなるのと同じ理屈です。

緯度45°で地面と一緒に動いていた空気を、角運動量を保ったまま赤道へ運ぶとどうなるか。自転軸からの距離は cos45° 倍から1倍へ、つまり遠くなります。遠くなれば、同じ角運動量での回転は遅くなります。

極（φ＝90°）から運んでも、遅れは最大で秒速1.81mです。どこから運んでも、赤道の風は地面より遅い側にしか行きません。軸対称の循環だけでは赤道に角運動量の山を作れない――これは1969年のハイドの結果として知られています。

赤道へ角運動量を押し込むもの

では何が運んでいるのか。いま中心にある説明は、昼と夜の加熱の差でできる波です。金星の太陽日は約117日と長く、雲の層は太陽の光をよく吸収します。昼側で温まり夜側で冷えることで、惑星をめぐる大きな波（熱潮汐波）が立ちます。

「あかつき」の観測を解析した2020年の研究は、低緯度ではこの熱潮汐波が主な加速役であり、子午面の循環はむしろ超回転を弱める向きに働くと報告しました。中・高緯度では、熱潮汐波以外の波や乱れが角運動量を運ぶ役割を担うとされます。

どれだけの角運動量が大気に溜まっているかは、概算できます。表面気圧92バール（約91気圧）を重力加速度8.87 m/s²で割ると、大気の柱の質量は1m²あたり約1.04×10⁶kg。表面積をかけると約4.8×10²⁰kgで、惑星の質量の約1万分の1にすぎません。

角運動量では、質量の比の100倍以上の割合を占めます（慣性モーメント係数0.33を仮定した編集部の概算）。この分を固体の金星から受け取ったと仮に考えれば、金星の自転周期は約2.7日長くなった計算になります。薄い大気が、惑星の回転の一部を預かっている形です。

地球と比べると ― 自転の9%しかない風

地球の赤道では、地面が秒速465mで動いています。上空のジェット気流は、帯状平均でみれば秒速40m程度です。比は0.09で、大気はほぼ惑星と一緒に回っています。

違いの主因は自転の速さだと考えられています。速く回る惑星ではコリオリの力が強く働き、南北の流れはすぐ東西に曲げられて、循環は赤道側と中緯度側に分かれます。金星のようにゆっくり回る惑星ではこの束縛が弱く、波が赤道まで角運動量を運べるとされます。「金星が特別」というより「地球では速すぎて起きない」と言うほうが近いでしょう。

俗説・誤解チェック

これは成り立ちません。慣性で回り続けているだけなら、地面との摩擦で少しずつ自転に合わせられていくはずです。超回転は、放っておいて残る運動ではなく、太陽の熱から絶えず供給されて維持されている状態とされます。供給が止まれば減速すると考えられます。

「大気が分厚いから」という説明も足りません。質量は惑星の1万分の1で、厚みそのものが速さを決めるわけではありません。効いているのは、光をよく吸う雲の層が高いところにあり、昼と夜の差が波を立てやすいという配置だとされます。

黄金比研究所の見立て

60倍という数字は、何かが最適化された結果の値ではありません。波が赤道へ運び込む角運動量と、循環や摩擦が運び去る量とが釣り合った、収支の答えだと考えられています。ただし加速と減速の収支は、観測で完全には閉じていません。釣り合いですから、条件が動けば値も動きます。高度でも緯度でも時期でも変わる。だからこそ「長期の変動を再現する」という今回の研究に意味があります。

比率を扱うとき、つい「この値がベスト」と読みたくなります。けれど自然界の比の多くは、最適解ではなく収支の残りです。秒速1.8mの地面の上に秒速100mの風が吹くという極端な比も、入ってくる量と出ていく量の差し引きで決まっている。この見方のほうが、半年後にも、別の惑星にも持ち運べます。