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理科でうちゅうを考える その1 天気がある地球 天気がない月や金星

理科で天気の授業があります。晴れや曇り、雨の様子を時間ごとに観察し、天気がどう変わっていくかを予測したりします。

 

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大気がないとこのような天気も起きません。大気がほどんどない月のように。

地球は引力によって、窒素や水素を酸素を逃げないように保つことができる。月のように引力が軽すぎると地表から湧き出た気体はそこにとどめておくほどの重力を持たない為、宇宙空間へ放出されてしまう。

 

地球の約1/10の重さしかない火星も月と同じような状況で、星の重さが軽いため引力は地球の1/3,軽い気体はどんどん宇宙空間に放出され、やや重い酸素が残り、火星の表面の鉄分が酸化して表面が赤くなっています。

 

天気を見ていくと天気図の雲のはほぼ、西から東に動いています。九州で天気が悪くなると、次の日に関東も悪くなってくる。

 

雲はなぜ西から東にうごくことか?

 

これは”偏西風”と呼ばれる西から東に吹く風があるからです。

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なぜこのような流れになるかは大まかにいうと

・大気の循環していること

・地球が自転している

ことでこの風がおきます。

赤道付近は太陽の熱で空気がもっとも暖められ気温が上がります。一方、北極や南極などの局では空気の温度が低くなり下降してきます。暖められた空気は冷たい極側へ移動し、冷たい空気は赤道側へ移動します。

しかし、いずれも途中で冷やされ、温められ、そこからまた、空気の上昇・下降が起こります。このようにして図のようなハドレー循環、極循環、フェレル循環とよばれる循環が起きています。

 

また、地球は自転しています。

 

赤道よりの場所は、北極よりの場所より、同じ時間でも距離がすすんでいる。距離が進んでいるということは赤道よりのほうが速度早いことになる

日本付近では上のフェレル循環で赤道よりの場所から北極よりの場所に風がふくことになり、北極よりの場所に到達する風が右にそれて到達することになる。(速度が速いところから遅いところにいくのでその分、右に進んだ位置にたどりつく。

これは コリオリの力と呼ばれています。

 

それが、雲が西から東に移動する理由です。

 

そうやって大気があるから、人間が生きていける地球、実は毎分180kgの水素と3kgのヘリウムを宇宙へ放出しています。これは太陽の熱や光が水素などに熱を与え密度が軽くなり上昇し、大気圏を超えて宇宙空間までいってしまうからです。

毎分180kgは地球の大気の質量:5.2×10^18(kg) からすると微々たる量なので、地球が火星のように大気がほどんどなくなるのは数十億年後。今はまだ、月面や火星に基地を作ろうという計画が動いている程度だけと、数十億年後といわず、数百年後には人間はどこか違う星や施設で暮らしていける未来になっていると思います。

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