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金星

(太陽系八大行星之一)

鎖定
金星(英語、拉丁語:Venus,天文符號:♀),在太陽系的八大行星中,是從太陽向外的第二顆行星,軌道公轉週期為224.7天,沒有天然的衞星。金星在中國古代稱為太白、明星或大囂,早晨出現於東方稱啓明,晚上出現於西方稱長庚。到西漢時期,《史記‧天官書》作者司馬遷從實際觀測發現太白為白色,與“五行”學説聯繫在一起,正式把它命名為金星。英文名稱源自羅馬神話的愛與美的女神維納斯(Venus),古希臘人稱為阿佛洛狄忒,也是希臘神話中愛與美的女神。金星的天文符號用維納斯的梳妝鏡來表示。
金星在夜空中的亮度僅次於月球,是第二亮的天體,視星等可以達到-4.7等,足以在地面照射出影子。由於金星是在地球內側的內行星,它永遠不會遠離太陽運行:它的離日度最大值為47.8°。金星是一顆與地球相似的類地行星,常被稱為地球的姊妹星。它有着太陽系四顆類地行星中最濃厚的大氣層,其中超過96%都是二氧化碳,金星表面的大氣壓力是地球的92倍。其表面的平均温度高達735 K(462 °C),是太陽系中最熱的行星,比最靠近太陽的水星還要熱。
金星被一層高反射、不透明的硫酸雲覆蓋着,阻擋了來自太空中,可能抵達表面的可見光。它在過去可能擁有海洋,但是隨着失控的温室效應導致温度上升而全部蒸發掉。水最有可能因為缺乏行星磁場而受到光致蜕變分解成氫和氧,而自由氫被太陽風吹散,逃逸到星際空間。2020年9月15日,科學家在金星大氣層中偵測到磷化氫存在,這可能是地外生命存在的跡象。
中文名
金星
外文名
Venus
別    名
太白
啓明
長庚
分    類
行星類地行星
質    量
4.8675✕1024 kg
直    徑
12103.6 km(±1.0)
表面温度
464 ℃(737 K)
逃逸速度
10.36 km/s
反照率
0.76(球面,0.689 幾何)
視星等
-4.92 至 -2.98 等
自轉週期
243天
半長軸
0.723332 天文單位
離心率
0.006772
公轉週期
224.701 天
平近點角
50.115 度
軌道傾角
3.39458 度
升交點經度
76.680 度
近日點
0.718440天文單位
遠日點
0.728213 天文單位
表面引力
8.87 m/s²
表面積
4.6023×108 平方千米

金星人文歷史

金星發現命名

人類對太陽系行星的空間探測首先是從金星開始的,前蘇聯和美國從20世紀60年代起,就對揭開金星的秘密傾注了極大的熱情和探測競爭。迄今為止,發往金星或路過金星的各種探測器已經超過40個,獲得了大量的有關金星的科學資料。
金星探測器列表
年份
探測器名稱
國家
任務或成就
1967
金星4號
蘇聯
傳回金星大氣的信息
1970
金星7號
蘇聯
在夜半球降落,測量了温度
1975
金星9號與10號
蘇聯
傳回第一張岩石土壤的照片
1978
先驅者金星號
美國
繪製第一張金星全球地圖
1981
金星13號
蘇聯
拍攝一批彩色照片,分析一份土壤樣品
1990
麥哲倫號
美國
採集了重力數據
2005
金星快車
歐洲
監測金星的雲層、大氣環流和磁場

金星研究

存在生命的跡象
2020年9月14日,《自然天文學》雜誌上的發表一項研究,夏威夷和智利的兩台望遠鏡在金星厚厚的雲層中發現了可能的生命跡象——磷化氫的化學特徵,這是地球上的一種只與生命有關的有毒氣體。在金星大氣層的新發現表明,在這顆温室行星滿載硫酸的雲層中,可能正生活着微生物。該研究的作者和一些外部專家表示,這遠不能作為第一個在其他星球上存在生命的鐵證。相對地,他們稱它為“一種對(生命存在的)可能性的暗示”——雖然他們都同意這一發現並不滿足已故的卡爾·薩根所提出的,“特殊結論需要顯著證據支撐”的嚴格要求,但是他們無論在化學還是地質學上,都無法找到一個更好的解釋。 [9] 
探索金星任務
2021年6月2日,美國國家航空航天局宣佈在2028年至2030年間執行兩項探索金星的新任務,以研究金星的大氣和地質特徵,每項計劃將得到約5億美元的經費。這兩個任務被分別稱為“DAVINCI+”和“VERITAS”,內容包括研究金星的演化過程,並進一步瞭解金星的地質歷史以及分析它與地球在發展方向上的不同。 [10] 

金星天文數據

金星運動軌道

公轉
金星屬於內行星,它的繞日公轉導致不同相位 金星屬於內行星,它的繞日公轉導致不同相位
金星繞軸自轉的方向與太陽系內大多數的行星是相反的。金星繞太陽公轉週期為224.701天,半長徑約為10850萬千米。雖然所有的行星軌道都是橢圓的,但金星軌道的離心率小於0.01當金星的位置介於地球和太陽之間時,稱為下合(內合),會比任何一顆行星更接近地球這時的平均距離是4100萬千米,平均每584天發生一次下合。由於地球軌道和金星軌道的離心率都在減少,因此這兩顆行星最接近的距離會逐漸增加。而在離心率較大的期間,金星與地球的距離可以接近至3820萬千米。
自轉
金星的自轉週期是243天,是主要行星中自轉最慢的。金星的恆星日比金星的一年還要長(243金星日相對於224.7地球日),但是金星的太陽日恆星日為短,在金星表面的觀測者每隔116.75天就會看見太陽出沒一次,這意味着金星的一天比水星的一天(176地球日)短。太陽會從西邊升起,然後在東邊落下。金星在赤道的轉速只有6.5千米/小時,而地球在赤道的轉速大約是1600千米/小時。 [2] 
如果從太陽的北極上空鳥瞰太陽系,所有的行星都是以反時針方向自轉,但是金星是順時針自轉,金星的順時針轉是逆行的轉動。當行星的自轉被測量出來時,如何解釋金星自轉的緩慢和逆行,是科學家的一個難題。當他從太陽星雲中形成時,金星的速度一定比原來更快,並且是與其他行星做同方向的自轉,但計算顯示在數十億年的歲月中,作用在它濃厚的大氣層上的潮汐效應會減緩它原來的轉動速度,演變成當前的狀況。
金星與地球平均584天的會合週期,幾乎正好是5個金星的太陽日。金星逆向自轉現象有可能是很久以前金星與其它小行星相撞而造成的,除了這種不尋常的逆行自轉以外,金星還有一點不尋常。金星的自轉週期和軌道是同步的,這麼一來,當兩顆行星距離最近時,金星總是以同一個面來面對地球(每5.001個金星日發生一次)。這可能是潮汐鎖定(tidal locking)作用的結果--當兩顆行星靠得足夠近時,潮汐力就會影響金星自轉。
位相變化
金星同月球一樣,也具有週期性的圓缺變化(相位變化),但是由於金星距離地球太遠,肉眼是無法看出來的。金星的相位變化,曾經被伽利略作為證明哥白尼的日心説的有力證據。 [3] 
金星相位變化 金星相位變化
金星凌日
2004年的金星凌日 2004年的金星凌日
由於水星、金星是位於地球繞日公轉軌道以內的“地內行星”。因此,當金星運行到太陽和地球之間時,可以看到在太陽表面有一個小黑點慢慢穿過,這種天象稱之為“金星凌日”。天文學中,往往把相隔時間最短的兩次“金星凌日”現象分為一組。這種現象的出現規律通常是8年、121.5年,8年、105.5年,以此循環。據天文學家測算,這一組金星凌日的時間為2004年6月8日和2012年6月6日。這主要是由於金星圍繞太陽運轉13圈後,正好與圍繞太陽運轉8圈的地球再次互相靠近,並處於地球與太陽之間,這段時間相當於地球上的8年。公元17世紀,著名的英國天文學家哈雷曾經提出,金星凌日時,在地球上兩個不同地點同時測定金星穿越太陽表面所需的時間,由此算出太陽的視差,可以得出準確的日地距離。可惜,哈雷本人活了86歲,從未遇上過“金星凌日”。在哈雷提出他的觀測方法後,曾出現過4次金星凌日,每一次都受到科學家的極大重視。他們不遠千里,奔赴最佳觀測地點,從而取得了一些重大發現。1761年5月26日金星凌日時,俄羅斯天文學家羅蒙諾索夫,就一舉發現了金星大氣。19世紀,天文學家通過金星凌日蒐集到大量數據,成功地測量出日地距離1.496億千米(稱為一個天文單位)。
1769年金星凌日記錄的黑滴效應 1769年金星凌日記錄的黑滴效應
人們用10倍以上倍率的望遠鏡即可清楚地看到金星的圓形輪廓,40~100倍率左右的望遠鏡觀測效果最佳。雖然觀測這次“金星凌日”難度不算很大,但天文專家提醒,在觀看時,千萬不能直接用肉眼、普通的望遠鏡或是照相機觀測,而要戴上合適的濾光鏡,同時觀測時間也不能過長,以免被強烈的陽光灼傷眼睛。金星入凌和出凌時,細心的觀察者可能會發現所謂的“黑滴”現象。實際上,當對着亮光將兩個手指逐漸靠近,當很接近的時候,可以發現儘管手指還沒有接觸,就能夠看到上下手指之間有陰影把它們聯繫了起來,像是手指間有水滴一樣,這就是所謂的“黑滴”現象。在凌始內切和凌終內切時,即太陽邊緣和內行星邊緣互相靠得很近即將接觸時,會發現有非常細的絲將兩個邊緣連接,這就是凌日時的黑滴現象。成因是大氣層的視寧度、光的衍射以及望遠鏡“極限分辨率”的等多種作用造成的視輪邊緣的模糊。除此之外,在入凌和出凌階段,有時候金星視面邊緣會鑲上一絲極細的“暈環”或“光環”。這個“暈環”是由於金星大氣層頂部反射、散射陽光形成的。使用目鏡投影方式可看到它,但如果將望遠鏡加濾光片,則會更清楚。“暈環”大小的變化,環亮度是否均勻,是否能在太陽圓輪的背景下看到,這些都是很有意思的。

金星觀測

地面觀測
金星是一顆內層行星,從地球用望遠鏡觀察它的話,會發現它有位相變化。伽利略對此現象的觀察是贊成哥白尼的有關太陽系的太陽中心説的重要證據。在太空探測器探測金星以前,有的天文學家認為金星的化學和物理狀況和地球類似,在金星上發現生命的可能性比火星還大。20世紀50年代後期,天文學家用射電望遠鏡第一次觀測了金星的表面。
金星位於中部靠右,比其他所有行星或恆星都亮,木星位於中部靠上 金星位於中部靠右,比其他所有行星或恆星都亮,木星位於中部靠上
金星的軌道比水星的要大。當進行處於西方(在太陽之右)或東方(在太陽之左)的最大距角時,看起來它距太陽比水星距太陽遠一倍。金星是天空中最亮的天體之一,觀察它的最佳時間可能是當太陽恰好位於地平線以下的時候。必須注意,千萬不能用眼睛直接看太陽。太陽落山金星隨後落下,此時它位於太陽之左;太陽昇起前金星首先升起,此時它位於太陽之右。很容易分辨出金星,它明亮而略呈黃色。當金星呈大“新月”形時,用雙筒望遠鏡觀測它是最合適的。此時金星位於最大距角點與下合點之間在下合點時金星位於地球與太陽之間,便看不到它了,注意調好望遠鏡的焦距使之能觀察遙遠的物體。
金星號
前蘇聯於1961年1月24日發射巨人號金星探測器,在空間啓動時因運載火箭故障而墜毀。1961年2月12日試驗發射金星1號,這個成功飛往金星的探測器重643千克,在1965年11月12日和5日發射“金星2號和金星3號均告失敗,金星3號重達963千克,當它在金星上硬着陸後,一切通信遙測信號全部中斷,估計是儀器設備摔毀了。儘管如此,前蘇聯科學家認為還是有收穫的,因為取得可直接“命中”金星的首戰告捷。
1967年1月12日,成功發射了金星4號探測器,同年10月抵達金星,向金星釋放了一個登陸艙,在它穿過大氣層的94分鐘時間裏,測量了大氣温度、壓力和化學組成。1969年發射了金星5號金星6號,再次闖入金星大氣探測,探測器最後降落在金星表面上,由於硬着陸儀器設備損壞,因此不能探測金星表面情況。1970年8月17日金星7號探測器成功發射,它穿過金星濃雲密霧,冒着高温熾熱,首次實現金星表面的軟着陸。“金星7號”測得金星表面大氣壓力強至少為地球的90倍,温度高達470℃。
前蘇聯金星9號着陸器拍攝的金星表面180度拼合照片 前蘇聯金星9號着陸器拍攝的金星表面180度拼合照片
1978年9月9日和9月14日,前蘇聯又發射了金星11號和12號,兩者均在金星成功實現軟着陸,分別工作了110分鐘。特別是金星12號在12月21日向金星下降的過程中,探測到金星上空閃電頻繁、雷聲隆隆,僅在距離金星表面11千米下降到5千米的這段時間就記錄到1000次閃電,有一次閃電竟然持續了15分鐘。
1981年10月30日和11月4日先後上天的“金星13號”和“金星14號”,其着陸艙攜帶的自動鑽探裝置深入到金星地表,採集了岩石標本。研究表明,金星上的地質構造仍然很活躍,金星的岩漿裏含有水分。從二者發回的照片知道,金星的天空是橙黃色,地表的物體也是橙黃色的。金星13號着陸區的温度是457℃,金星14號的着陸地點比較平坦,是一片棕紅色的高原,地面覆蓋着褐色的沙礫,岩石層比較堅硬,各層輪廓分明。金星13號下降着陸區的氣壓是89個大氣壓;金星14號下降着陸區為94個大氣壓,這樣大的壓力相當於地球海洋900米深處所具有的壓力。在距離地面30千米到45千米的地方有一層像霧一樣的硫酸氣體,這種硫酸霧厚度大約25千米,具有很強的腐蝕性。探測表明,金星赤道帶有從東到西的急流,最大風速達每秒110米。金星大氣有97%是二氧化碳,還有少量的氮、氬及一氧化碳和水蒸氣。主要由二氧化碳組成的金星大氣,好似温室的保護罩一樣,它只讓太陽光的熱量進來,不讓其熱量跑出去,因此形成金星表面的高温和高壓環境。
1983年6月2日和6月7日,金星15號和金星16號相繼發射成功,二者分別於10月10日和14日到達金星附近,成為其人造衞星,它們每24小時環繞金星一週,探測了金星表面以及大氣層的情況。探測器上的雷達高度計在圍繞金星的軌道上對金星表面進行掃描觀測,雷達的表面分辨率達1~2千米,可看清金星表面的地形結構,成功繪製了北緯30度以北約25%金星表面地形圖。1984年12月前蘇聯發射了金星-哈雷探測器,1985年6月9日和13日於金星相會,向金星釋放了浮升探測器——充氦氣球和登陸艙,它們攜帶的電視攝像機對金星雲層進行了探測,發現金星大氣層頂有與自轉同向的大氣環流,速度高達320千米/小時,登陸設備還鑽探和分析了金星土壤。金星-哈雷探測器在完成任務後利用金星引力變軌,飛向哈雷彗星。綜觀前蘇聯金星探測的特點在於,主要是投放降落裝置考察,以特殊的工藝戰勝金星上高温高壓,取得了金星表面寶貴的第一手資料。
水手號
20世紀60年代初,美國宇航局根據肯尼迪總統提出的登月計劃,全力開展探月活動;但又看到前蘇聯對金星的探測活動,格外着急。美國當局立即決定分兵兩路,在實施登月的同時,拿出一部分力量來探測金星。美國於1961年7月22日發射“水手1號”金星探測器,升空不久因偏離航向,只好自行引爆。1962年8月27日發射“水手2號”金星探測器,飛行2.8億千米後,於同年12月14日從距離金星3500千米處飛過時,首次測量了金星大氣温度,拍攝了金星全景照片,但由於設計上的缺陷,在探測過程中,光學跟蹤儀、太陽能電池板蓄電池組遙控系統都先後出了故障,未能圓滿執行計劃。1967年6月14日發射“水手5號”金星探測器,同年10月19日從距離金星3970千米處通過,作了大氣測量。1973年11月3日發射“水手10號水星探測器,1974年2月5日路過金星,從距離金星5760千米處通過,對金星大氣作了電視攝影,發回上千張金星照片。
水手10號金星探測器
先驅者號
從1978年起,美國把行星探測活動的重點轉移到金星。1978年5月20日和8月8日,分別發射了“先驅者-金星1號和2號”其中1號在同年12月4日順利到達金星軌道,併成為其人造衞星,對金星大氣進行了244天的觀測,考察了金星的雲層、大氣和電離層,研究了金星表面的磁場,探測了金星大氣和太陽風之間的相互作用;還使用船載雷達測繪了金星表面地形圖。1988年1月兩位美國地質學家報告説,金星表面的阿芙洛狄忒高原地區具有與地球上洋脊十分相似的特徵,他們分析了美國“先驅者-金星1號”宇宙飛船環繞金星時用雷達信號測量金星表面的結果,發現金星阿芙洛狄忒高原的岩層斷裂模式與地球上洋中脊附近的情況很相似,其主脊兩側的特徵近似呈鏡像對稱,這也正是洋中脊的重要特徵。那裏的高山、峽谷以及斷層諸方面的分佈特徵表明金星的地殼在擴張,其每年幾釐米的擴張速度與地球的海(洋)底擴張相仿。
“先驅者-金星2號”帶有4個着陸艙一起進入金星大氣層,其中一個着陸艙着陸後連續工作了67分鐘,發回了一些圖片和數據。在金星的雲層中不同層次具有明顯的物理和化學特徵,金星上降雨時,落下的是硫酸而不是水,探測還表明,金星上有極其頻繁的閃電;金星地形和地球相類似,也有山脈一樣的地勢和遼闊的平原;存在着火山和一個巨大的峽谷,其深約6千米、寬200多千米、長達1000千米;金星表面有一個巨大的直徑達120千米的凹坑,其四周陡峭,深達3千米。
麥哲倫號
為了在探測金星方面取得更大的成就,美國宇航局決定要利用其在雷達探測技術方面的先進設備,透過金星濃密的雲層,詳細勘察金星的全貌和地質構造。1989年5月4日,亞特蘭蒂斯號航天飛機麥哲倫號金星探測器帶上太空,並於第二天把它送入金星的航程。麥哲倫號金星探測器重量達3365千克,造價達4.13億美元。後來的事實説明,“麥哲倫”號是迄今最先進最為成功的金星探測器。“麥哲倫”號裝有一套先進的電視攝像雷達系統,可透過厚厚的雲層測繪出金星表面上小如足球場的物體圖像,其清晰度勝過迄今所獲金星圖像的10倍。它裝載的高分辨率綜合孔徑雷達,其發射、接收天線與著名的“旅行者”號探測器定向天線相似,也是3.65米直徑的拋物面形天線,但其性能比前者提高了許多,它在金星赤道附近250千米高空時,分辨率也可達到270米。“麥哲倫”的中心任務是對金星作地質學和地球物理學探測研究,通過先進的雷達探測技術,研究金星是否具有與河牀和海洋構造,因前蘇聯有科學家推測,大約40億年前金星上有過汪洋大海。
麥哲倫號經過15個月的航行,於1990年8月10日點燃反向制動火箭,使其速度由每小時3.96萬千米減至2.79萬千米,進入圍繞金星的軌道。“麥哲倫”探測器運行中沿金星子午線繞一圈約需要189分鐘,掃描寬度為20~25千米;從北極區域到南緯60度計劃進行37分鐘的觀測,行程約1.5萬千米。8月16日“麥哲倫”發回第一批進行照片。
麥哲倫號拍攝到金星上一個40千米×80千米大的熔岩平原,雷達的測繪圖像非常清晰,可以清楚地辨認出火山熔岩流、火山口、高山、活火山、地殼斷層、峽谷和岩石坑。金星火山數以千計,火山周圍常有因隕石撞擊而形成的沉積物,像白色花朵。麥哲倫號發現金星上的塵土細微而輕盈,較易於被吹動,探測表明金星表面確實是有風的,很可能像“季風”那樣,時刮時停,有時還會發生大風暴。金星表面温度高達280℃~540℃。它沒有天然衞星,沒有水滴,其磁場強度也很小,大氣主要以二氧化碳為主,一句話,它不適宜生命存活。它的表面70%左右是極為古老的玄武岩平原,20%是低窪地,高原大約佔了金星表面的10%,金星上最高的山是麥克斯韋火山,高達12000米。在金星赤道附近面積達2.5萬平方千米的平原上,有3個直徑為37~48千米的火山口。金星上環繞山極不規則,總共約有900個,而且痕跡都非常年輕。
“麥哲倫”拍攝了金星絕大部分地區的雷達圖像,它的許多圖像與前蘇聯“金星15號”和“金星16號”探測器所攝雷達照片經常可以重合拼接起來,使判讀專家得以相互印證,從而使得人們對金星有進一步的瞭解。“麥哲倫”號從1990年8月10日至1994年12月12日一直圍繞金星進行探測,最後在金星大氣中焚燬。1990年2月飛往木星的“伽利略”號探測器途徑金星,成功地拍攝金星的紫外。紅外波段的圖像,照片上顯示金星大氣頂部的硫酸雲霧透過紫外光非常突出。雖説金星空間探測碩果累累,但仍然有許多待解之謎。據報道,2001年日本文部科學省宇宙科學研究所制定出一個金星探測計劃,準備在2007年用M5火箭發射金星探測器,預計它在2009年進入圍繞金星的大橢圓軌道,其近地點約300千米,遠地點約60000千米;它通過攜帶的5台可穿透金星大氣的特殊紅外攝像機、紫外攝像機探測金星大氣和地質構造。未來的金星探測需要長壽命的登陸艙、專門的下降探測裝置、遙控探測氣球以及監視金星大氣的軌道器等。
曉號
日本宇宙航空研究開發機構(JAXA)在2010年5月發射的金星探測器曉號,原定在2010年12月7日進入金星軌道,但曉號開始進行引擎反向噴射、準備減緩速度進入金星軌道時,通訊設備卻發生故障,與地面指揮中心短暫失聯,以至於引擎停擺,與金星擦身而過。曉號必須等到2016年後才能再度接近金星軌道,運作小組表示,屆時曉號若仍完好無損,將再次挑戰進入金星軌道。

金星衞星光環

不存在的衞星
人們曾經認為金星有一個衞星,名叫尼斯,以埃及女神塞斯(沒有凡人看過她面紗下的臉)命名。它的首次發現是由意大利出生的法國天文學家喬凡尼·多美尼科·卡西尼在1672年完成的。天文學家對尼斯的零星觀察一直持續到1982年,但是這些觀察之後受到了懷疑(實際上是其它昏暗的星體在巧合的時間出現於恰好的位置上)所以認為金星沒有衞星。
雖然小行星2002 VE68維持着與它相似的軌道,但金星還沒有天然的衞星。依據加州理工學院的Alex Alemi和David Stevenson兩人對早期太陽系研究所建立的模型顯示,在數十億年前經由巨大的撞擊事件,金星曾至少有過一顆衞星。依據Alemi和Stevenson的説法,大約過了一千萬年後,另一次的撞擊改變了這顆行星的轉向使得金星的衞星逐漸受到螺旋向內,直到與金星碰撞併合而為一。如果後續的碰撞創造出衞星,它們也會被相同的方法吸收掉。Alemi和Stevenson的研究,科學界是否會接納,也依然是情況未明。

金星温度

由於金星上強烈的温室效應,致使金星表面温度平均為464攝氏度,且基本上沒有地區、季節、晝夜的差別。在近赤道的低地,金星的表面極限温度可高達500攝氏度。盾狀火山馬特山附近Ganis丘陵為金星表面温度最高的地區,約為527-827攝氏度,而麥克斯韋山脈頂部為金星表面温度最低點,約為380攝氏度。金星上温度最低的區域是雲層頂端,大約為-45攝氏度。

金星未來計劃

2021年6月,美國宇航局和歐空局分別批准了前往金星的新任務——“真相(VERITAS)”任務、“達芬奇+(DAVINCI+)”任務和“展望(En Vison)”任務,計劃將在2028年至2030年間執行兩項探索金星的新任務,以研究金星的大氣和地質特徵,每項計劃將得到約5億美元的經費。此外,俄羅斯、印度也已提出並積極推進各自的金星探測任務。國際上金星探測與科學研究即將迎來新一輪熱潮。 [15-16] 

金星地理特徵

金星大氣層

2018年拍攝的金星紫外照片顯示了雲層結構 2018年拍攝的金星紫外照片顯示了雲層結構
金星的天空是橙黃色的。金星上也有雷電,曾經記錄到的最大一次閃電持續了15分鐘。金星的大氣主要由二氧化碳組成,並含有少量的氮氣。金星的大氣壓強非常大,為地球的92倍,相當於地球海洋中1千米深度時的壓強。大量二氧化碳的存在使得温室效應在金星上大規模地進行着。如果沒有這樣的温室效應温度會下降400℃。在近赤道的低地,金星的表面極限温度可高達500℃。這使得金星的表面温度甚至高於水星雖然它離太陽的距離要比水星大的兩倍,並且得到的陽光只有水星的四分之一(高空的光照強度為2613.9W/m2,表面為1071.1W/m2)。儘管金星的自轉很慢(金星的“一天”比金星的“一年”還要長,赤道地帶的旋轉速度只有每小時6.5千米),但是由於熱慣性和濃密大氣的對流,晝夜温差並不大。大氣上層的風只要4天就能繞金星一週來均勻的傳遞熱量。
麥哲倫號雷達掃描的的金星地表假色照片 麥哲倫號雷達掃描的的金星地表假色照片
金星濃厚的雲層把大部分陽光都反射回了太空,所以金星表面接受到的太陽光比較少,大部分陽光都不能直接到達金星表面。金星熱輻射反射率大約是60%,可見光反射率就更大。雖然金星比地球離太陽的距離要近,它表面所得光照卻比地球少。如果沒有温室效應作用,金星表面温度就會和地球很接近。人們常常會想當然的認為金星的濃密雲層能夠吸收更多的熱量,事實證明這是非常荒謬的。與此正相反,如果沒有這些雲層,温度會更高。大氣中二氧化碳的大量存在所造成的温室效應才是吸收更多熱量的真正原因。2004年金星凌日在雲層頂端金星有着每小時350千米的大風,而在表面卻是風平浪靜,每小時不會超過數千米。然而,考慮到大氣的濃密程度,就算是非常緩慢的風也會具有巨大的力量來克服前進的阻力。金星的雲層主要是由二氧化硫和硫酸組成,完全覆蓋整個金星表面。這讓地球上的觀測者難以透過這層屏障來觀測金星表面。這些雲層頂端的温度大約為-45℃。美國航空太空總署給出的數據表明,金星表面的温度是464℃。雲層頂端的温度是金星上最低的,而表面温度卻從不低於400℃。 [8] 
金星表面的温度很高,是因為金星上強烈的温室效應,温室效應是指透射陽光的密閉空間由於與外界缺乏熱交換而形成的保温效應。金星上的温室效應強得令人瞠目結舌,原因在於金星的大氣密度是地球大氣的100倍,且大氣97%以上是“保温氣體”——二氧化碳;同時,金星大氣中還有一層厚達20~30千米的由濃硫酸組成的濃雲。二氧化碳和濃雲只許太陽光通過,卻不讓熱量透過雲層散發到宇宙空間。被封閉起來的太陽輻射使金星表面變得越來越熱。温室效應使金星表面温度高達465至485℃,且基本上沒有地區、季節、晝夜的差別。它還造成金星上的氣壓很高,約為地球的90倍。濃厚的金星雲層使金星上的白晝朦朧不清,天空是橙黃色的。雲層頂端有強風,大約每小時350千米,但表面風速卻很慢,每小時幾千米不到。十分有趣的是,金星上空會像地球上空一樣,出現閃電和雷暴
金星大氣成分吸收光譜
金星的大氣壓力為90個標準大氣壓(相當於地球海洋深1千米處的壓力),大氣大多由二氧化碳組成,也有幾層由硫酸組成的厚數千米的雲層。這些雲層擋住了對金星表面的觀察,使得它看來非常模糊。這稠密的大氣也產生了温室效應,使金星表面温度高達400度,超過了740開(足以使鉛條熔化)。金星表面自然比水星表面熱雖然金星比水星離太陽要遠兩倍。
金星大氣層主要為二氧化碳,佔約96%,以及氮3%。在高度50至70千米的上空,懸浮着濃密的厚雲,把大氣分割為上下兩層。云為濃硫酸液滴組成,其中還摻雜着硫粒子,所以呈現黃色。在氣候良好的地球上,應該很難想像在太陽系中竟然有這樣瘋狂的世界。
金星接近地表大氣時速較為緩慢,只有每小時數千米,但上層時速卻可達數百千米,金星自轉速度如此的緩慢243個地球日才轉一圈,但卻有如此快速轉動的上層大氣,仍是個令人不解的謎團。在照片中觀察到金星表面的雲層呈現倒V型的形狀,這種雲系統稱為帶狀風系統。這種帶狀風的其實是太陽照射所造成的對流。
當地球或金星雲層形成時,太陽貯存在空氣中的能量可以在非常強大的放電中被釋放出來。隨着雲粒子發生碰撞,電荷從大粒子轉移到小粒子,大粒子下降,小粒子上升。電荷的分離導致了雷擊。這對行星大氣層是個很重要的過程,因為它使大氣層一小部分的温度和壓力提升到一個很高的值,使分子可以形成,而在標準大氣的温度和壓力下,這本來是不會出現的。因此,有些科學家據之推測,閃電可能有助於地球上生命的出現。
為了分析金星閃電,研究團隊過去3.5個(地球)年以來,每天使用“金星快車號”收集低空數據近10分鐘,藉由比較兩個行星電磁波生成的異同而發現,金星上的磁信號比較強,但是將磁信號轉換為能量流通量後,閃電強度很類似日間的閃電似乎比夜間普遍,而在太陽光穿透入金星大氣層中最強的較低緯度地區,閃電發生頻率則更高。
金星與地球十分相似,被視為一對姐妹星 金星與地球十分相似,被視為一對姐妹星
金星是一顆類地行星,因為其質量與地球類似,有時也被人們叫做地球的“姐妹星”。也是太陽系中僅有的一顆沒有磁場的行星。在八大行星中金星的軌道最接近圓形,偏心率最小,僅為0.006811。以地球為三角形的頂點之一,分別連結金星和太陽,就會發現這個角度非常小,即使在最大時也只有48.5°,這是因為金星的軌道處於地球軌道的內側。因此,當看到金星的時候,不是在清晨便是在傍晚,並且分別處於天空的東側和西側。

金星內部構造

金星內部結構 金星內部結構
關於金星的內部結構,還沒有直接的資料,從理論推算得出,金星的內部結構和地球相似,有一個半徑約3100千米的鐵-鎳核,中間一層是主要由硅、氧、鐵、鎂等的化合物組成的“幔”,而外面一層是主要由硅化合物組成的很薄的“殼”。科學家推測金星的內部構造可能和地球相似,依地球的構造推測,金星地函主要成分以橄欖石及輝石為主的矽酸鹽,以及一層矽酸鹽為主的地殼,中心則是由鐵鎳合金所組成的核心。金星的平均密度為5.24g/cm3,次於地球與水星,為八大行星(冥王星已於2006年劃歸為矮行星,故稱八大行星)中第三位的。一個直徑3000千米的鐵質內核,熔化的石頭為地幔填充大部分的星球。就像地球,在地幔中的對流使得對錶面產生了壓力,但它由相對較小的許多區域減輕負荷,使得它不會像在地球,地殼在板塊分界處被破壞。

金星表層地理

地質地貌
金星全球地形圖 金星全球地形圖
在金星表面的大平原上有兩個主要的大陸狀高地。北邊的高地叫伊師塔地(Ishtar Terra),擁有金星最高的麥克斯韋山脈(大約比喜馬拉雅山高出兩千米),它是根據詹姆斯·克拉克·麥克斯韋命名的。麥克斯韋山脈(Maxwell Montes)包圍了拉克西米高原(Lakshmi Planum)。伊師塔地大約有澳大利亞那麼大。南半球有更大的阿芙羅狄蒂地(Aphrodite Terra),面積與南美洲相當。這些高地之間有許多廣闊的低地,包括有愛塔蘭塔平原低地(Atalanta Planitia)、格納維爾平原低地(Guinevere Planitia)以及拉衞尼亞平原低地(Lavinia Planitia)。除麥克斯韋山脈外,所有的金星地貌均以現實中或神話中女性命名。由於金星濃厚的大氣讓流星等天體在到達金星表面之前減速,所以金星上的隕石坑都不超過3.2千米。 [4] 
金星全球雷達圖 金星全球雷達圖
大約90%的金星表面是由不久之前才固化的玄武岩熔岩形成,當然也有極少量的隕石坑,金星的內部可能與地球是相似的:半徑約3000千米的地核和由熔岩構成的地幔組成了金星的絕大部分。來自麥哲倫(Magellan)號的最近的數據表明金星的地殼比起原來所認為的更厚也更堅固。可以據此推測金星沒有像地球那樣的可移動的板塊構造,但是卻有大量的有規律的火山噴發遍佈金星表面。金星上最古老的特徵僅有8億年曆史,大多數地區都很年輕(但也有數億年的時間)。那時廣泛存在的山火擦洗了早期的表面,包括幾個金星早期形成的大的環形山口金星的火山在隔離的地質熱點依舊活躍。 [5] 
金星本身的磁場與太陽系的其它行星相比是非常弱的。這可能是因為金星的自轉不夠快,其地核的液態鐵因切割磁感線而產生的磁場較弱造成的。這樣一來,太陽風就可以毫無緩衝地撞擊金星上層大氣。最早的時候,人們認為金星和地球的水在量上相當,然而,太陽風攻擊已經讓金星上層大氣水蒸氣分解為氫和氧。氫原子因為質量小逃逸到了太空。金星上氘(氫的一種同位素,質量較大,逃逸得較慢)的比例似乎支持這種理論。而氧元素則與地殼中物質化合,因而在大氣中沒有氧氣。金星表面十分乾旱,所以金星上岩石要比地球上的更堅硬,從而形成了更陡峭的山脈、懸崖峭壁和其它地貌。一條從南向北穿過赤道的長達1200千米的大峽谷,是八大行星中最大的峽谷。 [6] 
另外,根據探測器探測,發現金星岩漿裏含有水。金星可能與地球一樣有過大量的水,但都被蒸發,消散殆盡,使如今變得非常乾燥。地球如果再離太陽近一些的話也會有相同的命運。
來自麥哲倫飛行器映像雷達的數據表明大部分金星表面由熔岩流覆蓋有幾座大屏蔽火山,如Sif Mons,類似於夏威夷和火星的Olympus Mons(奧林匹斯山脈)。不過集中在幾個熱點。大部分地區已形成地形,比過去的數億年要安靜得多了。
金星上沒有小的環形山,看起來小行星在進入金星的稠密大氣層時沒被燒光了。金星上的環形山都是一串串的看來是由於大的小行星在到達金星表面前,通常會在大氣中碎裂開來。
火山分佈
金星也是太陽系中離地球最近的行星,也被雲層和厚厚的大氣層所包圍。同地球一樣,金星的地表年齡也非常年輕,約5億年左右。
金星表面的撞擊坑,雷達數據的假色照片 金星表面的撞擊坑,雷達數據的假色照片
金星上可謂火山密佈,是太陽系中擁有火山數量最多的行星。已發現的大型火山和火山特徵有1600多處。此外還有無數的小火山,沒有人計算過它們的數量,估計總數超過10萬,甚至100萬。金星與地球有許多共同處。它們大小、體積接近。金星火山造型各異。除了較普遍的盾狀火山,這裏還有很多複雜的火山特徵,和特殊的火山構造。科學家尚未發現活火山,但是由於研究數據有限,因此,儘管大部分金星火山早已熄滅,仍不排除小部分依然活躍的可能性。不過這些基本的類似中,也存在很多不同點。金星的大氣成分多為二氧化碳,因此它的地表具有強烈的温室效應其大氣壓大約是地球的90倍,這差不多相當於地球海面下1千米處的水壓。 [7] 
金星地表沒有水,空氣中也沒有水分存在,其雲層的主要成分是硫酸,而且較地球雲層的高度高得多。由於大氣高壓,金星上的風速也相應緩慢。這就是説,金星地表既不會受到風的影響也沒有雨水的沖刷。因此,金星的火山特徵能夠清晰地保持很長一段時間。
金星沒有板塊構造,沒有線性的火山鏈,沒有明顯的板塊消亡地帶。儘管金星上峽谷縱橫,但沒有哪一條看起來類似地球的海溝。
瑪亞特山的假色照片,垂直方向放大了22.5倍 瑪亞特山的假色照片,垂直方向放大了22.5倍
跡象表明,金星火山的噴發形式也較為單一。凝固熔岩層顯示,大部分金星火山噴發時,只是流出的熔岩流沒有劇烈爆發、噴射火山灰的跡象,甚至熔岩也不似地球熔岩那般泥濘粘質。這種現象不難理解。由於大氣高壓爆炸性的火山噴發,熔岩中需要有巨大量的氣體成分。在地球上,促使熔岩劇烈噴發的主要氣體是水氣,而金星上缺乏水分子。另外,地球上絕大部分粘質熔岩流和火山灰噴發都發生在板塊消亡地帶。因此,缺乏板塊消亡帶也大大減少了金星火山猛烈爆發的幾率。瑪亞特山,金星上最大的火山之一,比周圍地區高出9000米,寬200千米,火山及火山活動金星表面為數很多。至少85%的金星表面覆蓋着火山岩除了幾百個大型火山外,在金星表面還零星分佈着100000多座小型火山從火山中噴出的熔岩流產生了了長長的溝渠,範圍大至幾百千米,其中最長的一條超過7000千米。
盾狀火山
金星有150多處大型盾狀火山。這些盾狀直徑多在100千米至600千米之間,高度約有0.3~5千米。其中最大的一座直徑700千米,高度5.5千米。比起地球上的盾狀火山,金星火山顯得更加平坦。事實上,最大的金星盾狀火山其基底直徑已經接近火星上的Olympus火山,但是由於高度不足體積比起Olympus要小得多。
火星盾狀火山與地球上的盾狀火山有相似之處。它們大都被長長的呈放射狀的熔岩流所覆蓋,坡度平緩。大部分火山中心有噴射孔。因此,科學家猜測這些盾狀是由玄武岩構成的,類似夏威夷的火山。
金星上的盾狀火山分佈零散,並不像地球上的火山鏈。這説明金星沒有活躍的板塊構造。
金星約有10萬個直徑小於20千米的小型盾狀火山。這些火山通常成串分佈,被稱為盾狀地帶。已被科學家在地圖上標出的盾狀地帶,超過550個,多數直徑在100~200千米之間。盾狀地帶分佈廣泛,主要出現於低窪平原或低地的丘陵處。科學家發現,許多盾狀地帶已經被更新的熔岩平原覆蓋,因此他們推測,盾狀地帶的年齡非常古老,可能形成於火山活動初期。

金星磁場

金星不含全球磁場,太陽風攜帶行星際磁場直接與金星上層大氣/電離層相互作用。由於行星際磁場與金星電離層的切割運動,電離層中會有感應電流產生。感應電流激發的附加磁場使得行星際磁場在接近金星的過程中逐漸被彎曲而"垂掛"在金星大氣層外。垂掛的行星際磁場在太陽風等離子體流的帶動下,進入金星背陽面,形成類似地球磁尾狀的"感應"磁尾結構 [14] 

金星文化

金星中國神話

金星在中國古代稱為太白,早上出現於東方時又叫啓明、曉星、明星,傍晚出現於西方時也叫長庚、黃昏星。由於它非常明亮,最能引起富於想象力的中國古人的幻想,有關它的傳説也特別多。
在中國本土宗教——道教中,太白金星是核心成員之一,論地位僅在三清(玉清元始天尊、上清靈寶天尊、太清道德天尊)之下。最初道教的太白金星神是位穿着黃色裙子,戴着雞冠,演奏琵琶的女神,明朝以後形象變化為一位童顏鶴髮的老神仙,經常奉玉皇大帝之命監察人間善惡,被稱為西方巡使。在中國古典小説中,多次出現太白金星的傳奇故事,可見他的人氣之旺。在膾炙人口的《西遊記》中,太白金星就是個多次和孫悟空打交道的好老頭。
傳説李白的出生不同尋常,乃是他的母親夢見太白金星落入懷中而生,因此取名李白,字太白。長大後的李白也確有幾分“仙氣”,他漫遊天下,學道學劍,好酒任俠,笑傲王侯。他的詩,想象力“欲上青天攬明月”,氣勢如“黃河之水天上來”,無人能及。李白在當朝就享有“詩仙”的美名,後來更被人們尊為“詩中之仙”。

金星西方神話

梵高1889年名作星夜中,金星在樹的右側 梵高1889年名作星夜中,金星在樹的右側
Venus是愛神、美神,同時又是執掌生育與航海的女神,這是她在羅馬神話中的名字;在希臘神話裏,她的名字是阿弗洛狄忒。在希臘與羅馬神話中,金星是愛與美的化身——維納斯女神。維納斯(Venus)是羅馬人對她的美稱,意思是“絕美的畫”,阿佛洛狄忒(Aphrodite)在希臘語種的意思是“上升的泡沫”,因為傳説她是在海面上起的泡沫之中誕生的。維納斯的美貌使得眾女神羨慕不已,也讓無數天神為之着迷,甚至連她的父親宙斯也曾追求過她。但宙斯的求愛遭到拒絕後,十分氣惱,便把她嫁給了瘸腿的匠神伏爾甘(希臘神話稱為赫菲斯塔司)。不過維納斯後來卻愛上了戰神馬爾斯,併為他生下了幾個兒女,其中包括小愛神丘比特 [1] 

金星美洲神話

金星曆法是一種以金星的週期活動為標準的歷法規則。然而,金星曆法並不是什麼科幻小説的作品,而是切切實實曾在古代瑪雅文明出現過的歷法系統。基於某種不知道的原因,瑪雅人同時採用兩套曆法系統,而其中一套曆法系統就是基於金星的週期運轉而製成。
金星雖然觀測耀目,但並非總是代表着吉祥。它時而在東方高懸,時而在西方閃耀,讓人捉摸不透,恐懼也就因此而生。對瑪雅人和阿茲特克人來説,它既隱喻死亡,又象徵復活。它是阿茲特克人的神魁扎爾科亞特爾,能使滅絕的人藉着從死人王國中偷來的骨架復活,並用這位神靈賜予的血再生。古代腓尼基人。猶太人都認為它是惡魔的化身,是一顆惡星,古代墨西哥人也害怕金星,在黎明時總要關閉門窗,擋住它的光芒。他們認為,金星的光芒會帶來疾病。當然這些傳説都是因為古人不瞭解天體運動規律而臆想出來的唯心主義觀念,其實金星就是金星,無關人間禍福。總之,福星也好,禍星也罷,金星永遠是夜空中最亮的明星。

金星相關天象

2023年4月,天文科普專家介紹,11日傍晚,西北方天空將上演一幕浪漫天象——金星伴昴星團,明亮的金星鑲嵌在著名的昴星團旁,分外絢麗。據悉,4月10日至12日,金星會從昴星團附近經過,最近時發生在11日,兩者相距的角距離約2.5度,近乎5個滿月的視直徑長度。 [11] 

金星金星凌日

凌日是指地內行星圓面經過日面的現象。水星和金星距離太陽比地球距離太陽近,在繞日運行過程中有時會處在太陽與地球之間。這時,地球上的觀測者可看到一小黑圓點在日面緩慢移動,這就是凌日現象。金星凌日是以兩次凌日為一組,兩次凌日間隔8年,但兩組之間的間隔卻長達100多年,因此金星凌日是百年難遇。最近兩次金星凌日分別發生在2004年6月8日和2012年6月5日,下一次金星凌日要到2117年才會發生。俄羅斯天文學家羅蒙諾索夫在1761年觀測金星凌日時發現了金星大氣。 [17-18] 
金星凌日 金星凌日

金星月掩金星

月掩金星 月掩金星
所謂月掩金星,就是月球在運行的過程中,在視線方向上恰好遮擋住金星的現象。月球在運行過程中不僅會掩金星,也可能遮擋住其他天體,發生“月掩星”現象。
這類天象都不算罕見。因為太陽系的各大行星以及月球都運行在黃道面(也就是地球饒日軌道平面)附近,而月球的視直徑(相對地球觀測者的視覺張角)達到了30角分,每個月都會繞天球運行一週,而其他的行星相對運行得較慢。並且地球直徑相對地月距離比較大,不同區域的人們看到月球位置的視差也很大,因此在地球某個區域看到月球遮擋住背後的行星或者恆星是一個較為常見的現象。對於全球地區而言,月掩金星出現的頻次很高,幾乎每年都會發生一兩次,截至2023年10月31日,中國境內最近一次觀測到這一天象是2023年3月24日 [19] 

金星三星一線

三星一線 三星一線
三星一線本指土星、火星(距離地球最近的外行星)與心宿二(天蠍座最亮的恆星)三者依次連成一條直線的稀奇天象,此天象十分罕見,30年一遇。從“三顆星體連成一條直線”的角度,金星也有與其他兩顆星體連面一條直線的“三星一線”天象出現。其中據中國新聞網2021年12月2日的報道,從當日起至2021年12月18日,只要天氣晴朗,就可以於日落30至60分鐘這個時間段在兩極之外的世界各地觀看到金星(長庚星)、土星與木星“三星一線”(三星連珠)的奇觀景象。 [20-21] 

金星五星連珠

五星連珠 五星連珠
五星連珠指金星、木星、水星、火星、土星五顆行星同時出現在同一方位且像一串珠子一樣相連不斷的獨特天象,古人視為祥瑞。在中國古代天文記錄中有過多次如“五星連珠”“五星會聚”“五星聚於某宿”等的記錄,而最近的一次“五星連珠”天象出現於2021年,據澎湃網於2021年8月18日轉載《人民日報》的報道,次日晚間的夜空有金、木、水、火、土五星連珠的天象奇觀,在全國天氣晴好的地區都可以觀賞。 [22-24] 

金星雙星伴月

北京時間2024年2月8日清晨,金星、火星和月亮將在東南方低空上演“雙星伴月”天象。
據天文專家介紹,2024年2月8日早晨6點,以京津冀地區為觀測地的話,在東南方低空,人們首先可以看到明亮的金星,大約半個小時後,略微發紅色光芒的火星也將進入人們視野,火星位於金星的左下方,而一彎殘月將出現在金星的右下方位置,三者大致形成一個等邊三角形的構圖。 [26] 
2024年3月8日早上6點左右,朝東南偏東的低空看。可見細小的殘月,位於摩羯座。火星在殘月的左側,間隔大約6.5度,火星亮度約1.25等,因為接近地平,所以難以看清。金星最低,但也是最容易被發現的,找到金星後,再尋找火星和月亮會更加方便。 [28] 
2月8日日出前 東南方星空示意圖 2月8日日出前 東南方星空示意圖

金星世界紀錄

金星的表面平均温度約480°C(行星温度最高吉尼斯世界紀錄)。 [12] 

金星研究發現

2021年11月,德國航空航天中心、馬克斯·普朗克天文學研究所和科隆大學的研究人員利用平流層紅外觀測設備觀測到金星白晝面存在原子氧。這是首次在金星白晝面直接觀測到原子氧的存在。 [13] 
2023年,德國宇航中心研究發現,在金星的白晝側和黑夜側都直接探測到了原子氧。該研究可支持未來探索金星的空間任務。 [25] 
2024年2月28日消息,三月,可以觀測的天象有龐士-布魯克斯彗星,金星、火星伴月,水星東大距等,金星及火星日出前可見於東偏南附近低空。 [27] 
參考資料
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