木星における嵐とアンモニアの枯渇II。Junoの観察結果の説明

固体の表面が無いガス惑星では１気圧（大体１バール）の面を地表扱いしているらしいのですが、水は1バールから5バールまで行き来しているので、大きさの基準と大気の運動（物質の循環）は分けて考える必要がある。以下、機械翻訳。
木星における嵐とアンモニアの枯渇：II。Junoの観察結果の説明
2020年12月28日に提出
キーポイント：
•Junoの測定値は、木星のアンモニアガスの存在量が非常に深く、緯度の関数として変動することを示しています

•木星の強力な嵐が、水-アンモニアの雹（マッシュボール）と蒸発の下降気流形成につながることにより、アンモニアの存在量を制御することを示します

•単純な大気混合モデルは、測定された雷の速度をうまくリンクします
アンモニアの存在量に影響を与え、深部までの変動する水の存在量を予測します。

探査機ジュノーによる木星の深層大気の観測は、いくつかの不可解な事実を明らかにしました：アンモニアの濃度は、数十バールの圧力まで変動し、緯度に強く依存します。ほとんどの緯度は存在量が少ないのに対し、木星の赤道帯にはアンモニアが豊富にあり、それは高く、深さとともにほぼ均一です。並行して、赤道地帯は雷がないことで独特であり、それ以外の場合は地球上の他のどこでも最も一般的です。木星の深層大気に起因する小規模な対流と暴風雨の存在を説明するモデルが観測を説明することを示します。地球上で強い雷雨が観測されている場合、アンモニアに富む雹（「マッシュボール」）の形成が推定されます。）およびその後の下降気流は、アンモニアの上層大気の効率を低下させ、より深いレベルに効率的に輸送する可能性があります。赤道帯では、雷雨がないことは、このプロセスが発生していないことを示しており、小規模な対流がこの地域のほぼ均一性を維持できることを意味します。質量とエネルギーのバランスを満たす単純なモデルは、JunoのMWR観測の主な特徴を説明し、緯度の関数としてのアンモニアの存在量と雷の速度の間に見られる逆相関をうまく再現します。アンモニアが枯渇している地域では、水も非常に深く枯渇するはずであると予測しています。凝縮物が対流によって十分に混合されないという事実は、それらの凝縮レベルよりもはるかに深くなるまで、木星の理解に影響を及ぼします。

図1.JunoMWRによって取得された木星のアンモニア存在量の平均マップ
緯度と圧力の関数としてのPJ1からPJ9。 オーバーレイされているのは、高度と温度、および層とメカニズム（小規模な対流および/または水中の嵐）の指標です。
この作業で考慮される凝縮領域、より深い乾燥対流）（テキストを参照）。 水蒸気
1バールレベルより約50km下の約5バールレベル（0°C）で氷粒子に凝縮します。


図2.　5層モデルのフレームワークにおけるアンモニアの物質収支。 私たちはそれを考慮します
3つの主要なプロセスは、層間で材料を輸送します。黄色では、小規模な対流は、隣接する層間の上昇気流とその相互下降気流としてモデル化されます。 私たちはそれが
層5と4と層4と3の間の上方への質量流束が特徴であり、層3と2と層2と1の間の上向きの質量流束˙mconv青色の強い嵐
結露により、材料が層3から層1に直接輸送され、層1から層2および層3への補償沈下質量流束これらの嵐もアンモニアと水を供給するマッシュボールと蒸発下降流の形成につながります
層4と5に直接。各層の用語はアンモニアの物質収支に対応します。式によって記述されます。 （7）。



図3.　5層モデルの枠組みにおける水の物質収支については図2のように。
図2と比較すると、主な違いは、水が層から沈殿するという事実から生じます。
2と1であるため、これらの層での存在量は平均して非常に少なくなります。 また、マッシュボールの蒸発により、レイヤー4に組み込まれている水の一部が除去されます。
残りの1-awはレイヤー5に組み込まれます。


図4.　5層モデルのフレームワークにおける静的エネルギーのバランスについては図2のように。 に
静的エネルギーの輸送に起因する用語に加えて、凝縮に起因する用語
または水の蒸発が強調表示されます。 内部熱から発生するフラックスFtotがレイヤー1から削除されてレイヤー5に追加されます。


図5.豊富な水（上段）、アンモニア（中段）、および温位　私たちのモデルで得られた異常（下の行）は、嵐の関数として、パラメータを評価します
水雲底下の乾燥対流の質量流束と比較した、大規模な暴風雨の質量流束。
左の列は、小規模な対流が存在しない状況に対応しています。結露領域（fconv = 0）であり、木星の中緯度領域に関係します。 右列は、小規模な対流と嵐の両方が発生することを前提としているため、fstorm + fconv = 1です。
曲線は、図5で検討したさまざまな層を示しています。1）上層（紫）。 2）マッシュボールシード層（青、破線）; 3）水雲層（水色）; 4）下降気流層（オレンジ、破線）;
5）深い（赤）。 温位異常は、固有の熱を仮定して計算されます　フラックス輸送は、ごくわずかな超断熱性で発生します（テキストを参照）。


図6.物質収支モデルで得られたアンモニア濃度の分布。ザ・上のパネルは、緯度と圧力の関数としてのNH3混合比を示しています。
私たちのモデル。 下のパネルは、再現するために得られた嵐（黒い線）の値を示しています
によって検出された1秒あたりのフラッシュ数と比較した1〜3バールのMWRアンモニア混合比
PJ1とPJ16の間のMWR機器（Brown et al。、2018）。 赤道帯の大きくて均一なアンモニア濃度は、嵐が少ないと仮定することでよく再現されています
（fstorm〜0）、そこに稲妻がないことと一致しています。 中緯度では、頻繁な嵐とその後のキノコの形成は、アンモニアの枯渇につながります。

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