■ 地球型惑星の大気

まず地球, 金星, 火星の大気の置かれた物理的条件と大気の組成を考えてみよう. 表 1 〜表 3 は地球, 金星, 火星の天文パラメータ, 大気の物理パラメータ, 大気組成を示したものである. 参考のため木星型惑星の代表として木星の値も併記した.

大気循環にとって重要な地球, 金星, 火星共通の物理的条件は以下の 3 点である.

• 地面がある
  地球型惑星は金属と岩石からなる固体部分と, 気体・液体成分から構成される大気・海洋によって構成される. 固体部分と大気・海洋との境界である「地面」をはっきりと定義できる. これに対し惑星構成物質の大部分を気体成分が占める木星型惑星では, 地球型惑星のような「地面」を定義できるかどうかよくわかっていない.

• エネルギー源は太陽からの放射
  太陽から放射で受け取るエネルギーに比べ, 地球内部から表面へと輸送されるエネルギー (地殻熱流量) は十分小さい. したがって大気循環の駆動源は太陽から受け取る放射のエネルギーで あると考えられる. 実際に地球, 火星の平均気温は, 太陽から受け取る放射のエネルギーと, 惑星から射出される赤外放射のエネルギーとのつりあいで決まる温度 (有効放射温度) と同程度である. 木星型惑星の場合, 惑星内部から表面へ輸送されるエネルギーを考慮しないと 観測される表面温度を説明できない.
  • 金星と火星の地殻熱流量の直接観測はなされていない. 惑星の構成物質と内部構造から推定された地殻熱流量は, 地球のそれと同程度の値である.
  • 有効放射温度と平均気温のずれをもたらす原因は 温室効果 である. これは特に金星大気の場合に非常に大きく働いている.

• 大気は「薄い」
  惑星の平均密度は固体部分を構成する物質の平均密度にほぼ等しいことから, 惑星全体の質量に占める大気の割合は非常に小さい. 観測される平均気温から計算した スケールハイト (大気の特徴的厚さを表す量) は, 惑星半径に比べ十分小さい.

異なる点は

• 自転の有無
  地球, 火星はほぼ等しい各速度をもって自転している. これに対し金星の自転速度は非常に遅く, ほとんど自転していないと考えてよい. 金星の自転周期は公転周期とほぼ等しく, 自転の向きは地球と逆.

である.

次に大気の組成を比較してみる. 大気循環にとって重要な点は

• 水 (H₂O) の有無
  地球大気の循環は水の存在によって特徴づけられる. 金星大気中に水はほとんど存在しない. 火星大気中に観測される水蒸気量は非常に少ないので, 大気循環に対する水 (水蒸気) の影響はほとんどない.
  • 大気組成の比較に関する詳しい解説は, 倉本 圭 著 「大気組成の謎」 を参照されたい.
  • これとの関連して海洋の有無も大気循環に影響する. 海水は陸面物質よりも熱容量が大きいので, 海洋の存在は大気循環の季節変化を小さくする方向にはたらく. 火星大気循環の季節変化が地球大気のそれに比べ大きい原因の一つに, 火星には海がないことが指摘されている.

である.