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金星

金星(Venus)是太阳系中八大行星之一,按离太阳由近及远的次序是第二颗。它是离地球最近的行星。中国古代称之为长庚、启明、太白或太白金星。公转周期是224.71地球日。夜空中亮度仅次于月球,排第二,金星要在日出稍前或者日落稍后才能达到亮度最大。它有时黎明前出现在东方天空,被称为“启明”;有时黄昏后出现在西方天空,被称为“长庚”。

 

金星金星


 

星体概况

金星是全天中除太阳外最亮的星,亮度为-3.3至-4.4等,比著名的天狼星(除太阳外全天最亮的恒星)还要亮14倍,犹如一颗耀眼的钻石,于是古希腊人称它为阿佛洛狄忒(Aphrodite)——爱与美的女神,而罗马人则称它为维纳斯(Venus)——美神。在圣经里,金星象征黎明代表路西法。

金星和水星一样,是太阳系中仅有的两个没有天然卫星的大行星。因此金星上的夜空中没有“月亮”,最亮的“星星”是地球。由于离太阳比较近,所以在金星上看太阳,太阳的大小比地球上看到的大1.5倍。

   有人称金星是地球的姊妹星,确实,从结构上看,金星和地球有不少相似之处。金星的半径约为6073公里,只比地球半径小300公里,体积是地球的0.88倍,质量为地球的4/5;平均密度略小于地球。但两者的环境却有天壤之别:金星的表面温度很高,不存在液态水,加上极高的大气压力和严重缺氧等残酷的自然条件,金星有极少的可能有生命的存在。因此,金星和地球只是一对“貌合神离”的姐妹。

   金星周围有浓密的大气和云层。只有借助于射电望远镜才能穿过这层大气,看到金星表面的本来面目。金星大气中,二氧化碳最多,占97%以上。同时还有一层厚达20到30公里的由浓硫酸组成的浓云。金星表面温度高达摄氏465至摄氏485度,大气压约为地球的90倍(相当于地球900米深海中的压力)。

   金星自转方向跟天王星一样与其它行星相反,是自东向西。因此,在金星上看,太阳是西升东落。金星绕太阳公转的轨道是一个很接近正圆的椭圆形,偏差不超过1°且与黄道面接近重合,其公转速度约为每秒35公里,公转周期约为224.70天。但其自转周期却为243日,也就是说,金星的自转恒星日一天比一年还长。不过按照地球标准,以一次日出到下一次日出算一天的话,则金星上的一天要远远小于243天。这是因为金星是逆向自转的缘故;在金星上看日出是在西方,日落在东方;一个日出到下一个日出的昼夜交替只是地球上的116.75天。在地球上看金星与太阳的最大视角不超过48°,因此金星不会整夜出现在夜空中。我国民间称黎明时分的金星为启明星,傍晚时分的金星为长庚星。

   金星逆向自转现象有可能是很久以前金星与其它小行星相撞而造成的,但是现在还无法证明。除了这种不寻常的逆行自转以外,金星还有一点不寻常。金星的自转周期和轨道是同步的,这么一来,当两颗行星距离最近时,金星总是以同一个面来面对地球(每5.001个金星日发生一次)。这可能是潮汐锁定(tidal locking)作用的结果--当两颗行星靠得足够近时,潮汐力就会影响金星自转。当然,也有可能仅仅是一种巧合

地形地貌

在金星表面的大平原上有两个主要的大陆状高地。北边的高地叫伊师塔地(Ishtar Terra),拥有金星最高的麦克斯韦山脉(大约比喜马拉雅山高出两千米),它是根据詹姆斯·克拉克·麦克斯韦命名的。麦克斯韦山脉(Maxwell Montes)包围了拉克西米高原(Lakshmi Planum)。伊师塔地大约有澳大利亚那么大。南半球有更大的阿芙罗狄蒂地(Aphrodite Terra),面积与南美洲相当。这些高地之间有许多广阔的低地,包括有爱塔兰塔平原低地(Atalanta Planitia )、格纳维尔平原低地(Guinevere Planitia)以及拉卫尼亚平原低地(Lavinia Planitia)。除麦克斯韦山脉外,所有的金星地貌均以现实中或神话中女性命名。由于金星浓厚的大气让流星等天体在到达金星表面之前减速,所以金星上的陨石坑都不超过3.2千米。

   大约90%的金星表面是由不久之前才固化的玄武岩熔岩形成,当然也有极少量的陨石坑。这表明金星近来正在经历表面的重新构筑。金星的内部可能与地球是相似的:半径约3000千米的地核和由熔岩构成的地幔组成了金星的绝大部分。来自麦哲伦(Magellan)号的最近的数据表明金星的地壳比起原来所认为的更厚也更坚固。可以据此推测金星没有像地球那样的可移动的板块构造,但是却有大量的有规律的火山喷发遍布金星表面。金星上最古老的特征仅有8亿年历史,大多数地区都很年轻(但也有数亿年的时间)。那时广泛存在的山火擦洗了早期的表面,包括几个金星早期形成的大的环形山口。最近发现表明,金星的火山在隔离的地质热点依旧活跃。

   金星本身的磁场与太阳系的其它行星相比是非常弱的。这可能是因为金星的自转不够快,其地核的液态铁因切割磁感线而产生的磁场较弱造成的。这样一来,太阳风就可以毫无缓冲地撞击金星上层大气。最早的时候,人们认为金星和地球的水在量上相当,然而,太阳风攻击已经让金星上层大气水蒸气分解为氢和氧。氢原子因为质量小逃逸到了太空。金星上氘(氢的一种同位素,质量较大,逃逸得较慢)的比例似乎支持这种理论。而氧元素则与地壳中物质化合,因而在大气中没有氧气。金星表面十分干旱,所以金星上岩石要比地球上的更坚硬,从而形成了更陡峭的山脉、悬崖峭壁和其它地貌。一条从南向北穿过赤道的长达1200千米的大峡谷,是八大行星中最大的峡谷。

   另外,根据探测器探测,发现金星岩浆里含有水。金星可能与地球一样有过大量的水,但都被蒸发,消散殆尽,使如今变得非常干燥。地球如果再离太阳近一些的话也会有相同的运气。我们会知道为什么基础条件如此相似但却有如此不同现象的原因。

   来自麦哲伦飞行器映像雷达的数据表明大部分金星表面由熔岩流覆盖。有几座大屏蔽火山,类似于夏威夷和火星的Olympus Mons(奥林匹斯山脉)。最近发布的发现资料显示金星的火山活动仍很活跃,不过集中在几个热点;大部分地区已形成地形,比过去的数亿年要安静得多了。   金星上没有小的环形山,看起来小行星在进入金星的稠密大气层时没被烧光了。金星上的环形山都是一串串的,看来是由于大的小行星在到达金星表面前,通常会在大气中碎裂开来。

    火山及火山活动金星表面为数很多。至少85%的金星表面覆盖着火山岩。除了几百个大型火山外,在金星表面还零星分布着100,000多座小型火山。从火山中喷出的熔岩流产生了了长长的沟渠,范围大至几百公里,其中最长的一条超过7000公里。

 金星上的火山分布

   金星上可谓火山密布,是太阳系中拥有火山数量最多的行星。已发现的大型火山和火山特征有1600多处。此外,还有无数的小火山,没有人计算过它们的数量,估计总数超过10万,甚至100万。

   金星火山造型各异。除了较普遍的盾状火山,这里还有很多复杂的火山特征,和特殊的火山构造。目前为止,科学家在此尚未发现活火山,但是由于研究数据有限,因此,尽管大部分金星火山早已熄灭,仍不排除小部分依然活跃的可能性。

   金星与地球有许多共同处。它们大小、体积接近。金星也是太阳系中离地球最近的行星,也被云层和厚厚的大气层所包围。同地球一样,金星的地表年龄也非常年轻,约5亿年左右。

   不过这些基本的类似中,也存在很多不同点。金星的大气成分多为二氧化碳,因此它的地表具有强烈的温室效应。其大气压大约是地球的90倍,这差不多相当于地球海面下一公里处的水压。

   金星地表没有水,空气中也没有水份存在,其云层的主要成分是硫酸,而且较地球云层的高度高得多。由于大气高压,金星上的风速也相应缓慢。这就是说,金星地表既不会受到风的影响也没有雨水的冲刷。因此,金星的火山特征能够清晰地保持很长一段时间。

   金星没有板块构造,没有线性的火山链,没有明显的板块消亡地带。尽管金星上峡谷纵横,但没有哪一条看起来类似地球的海沟。

   迹象表明,金星火山的喷发形式也较为单一。凝固熔岩层显示,大部分金星火山喷发时,只是流出的熔岩流。没有剧烈爆发、喷射火山灰的迹象,甚至熔岩也不似地球熔岩那般泥泞粘质。这种现象不难理解。由于大气高压,爆炸性的火山喷发,熔岩中需要有巨大量的气体成分。在地球上,促使熔岩剧烈喷发的主要气体是水气,而金星上缺乏水分子。另外,地球上绝大部分粘质熔岩流和火山灰喷发都发生在板块消亡地带。因此,缺乏板块消亡带,也大大减少了金星火山猛烈爆发的几率。

 金星上的大型盾状火山

  金星有150多处大型盾状火山。这些盾状直径多在100公里至600公里之间,高度约有0.3~5公里。其中最大的一座,直径700公里,高度5.5公里。比起地球上的盾状火山,金星火山显得更加平坦。事实上,最大的金星盾状火山,其基底直径已经接近火星上的Olympus火山,但是由于高度不足,体积比起Olympus要小得多。

   火星盾状火山与地球上的盾状火山有相似之处。它们大都被长长的呈放射状的熔岩流所覆盖,坡度平缓。大部分火山中心有喷射孔。因此,科学家猜测这些盾状是由玄武岩构成的,类似夏威夷的火山。

   金星上的盾状火山分布零散,并不象地球上的火山链。这说明金星没有活跃的板块构造。

金星上的小型盾状火山

  金星约有10万个直径小于20公里的小型盾状火山。这些火山通常成串分布,被称为盾状地带。已被科学家在地图上标出的盾状地带,超过550个,多数直径在 100~200公里之间。盾状地带分布广泛,主要出现在低洼平原或低地的丘陵处。科学家发现,许多盾状地带已经被更新的熔岩平原覆盖,因此他们推测,盾状地带的年龄非常古老,可能形成于火山活动初期。

大气环境

 金星的天空是橙黄色的。金星上也有雷电,曾经记录到的最大一次闪电持续了15分钟。

   金星的大气主要由二氧化碳组成,并含有少量的氮气。金星的大气压强非常大,为地球的90倍,相当于地球海洋中1千米深度时的压强。大量二氧化碳的存在使得温室效应在金星上大规模地进行着。如果没有这样的温室效应,温度会比现在下降400°C。在近赤道的低地,金星的表面极限温度可高达500°C。这使得金星的表面温度甚至高于水星,虽然它离太阳的距离要比水星大的两倍,并且得到的阳光只有水星的四分之一(高空的光照强度为2613.9 W/m2,表面为1071.1 W/m2)。尽管金星的自转很慢(金星的“一天”比地球的“一年”还要长,赤道地带的旋转速度只有每小时6.5千米),但是由于热惯性和浓密大气的对流,昼夜温差并不大。大气上层的风只要4天就能绕金星一周来均匀的传递热量。

   金星浓厚的云层把大部分阳光都反射回了太空,所以金星表面接受到的太阳光比较少,大部分阳光都不能直接到达金星表面。金星热辐射反射率大约是60%,可见光反射率就更大。虽然金星比地球离太阳的距离要近,它表面所得光照却比地球少。如果没有温室效应作用,金星表面温度就会和地球很接近。人们常常会想当然的认为金星的浓密云层能够吸收更多的热量,事实证明这是非常荒谬的。与此正相反,如果没有这些云层,温度会更高。大气中二氧化碳的大量存在所造成的温室效应才是吸收更多热量的真正原因。

   2004年金星凌日在云层顶端金星有着每小时350千米的大风,而在表面却是风平浪静,每小时不会超过数千米。然而,考虑到大气的浓密程度,就算是非常缓慢的风也会具有巨大的力量来克服前进的阻力。金星的云层主要是有二氧化硫和硫酸组成,完全覆盖整个金星表面。这让地球上的观测者难以透过这层屏障来观测金星表面。这些云层顶端的温度大约为-45°C。美国航空及太空总署给出的数据表明,金星表面的温度是464°C。云层顶端的温度是金星上最低的,而表面温度却从不低于400°C。

   金星表面的温度最高达447℃,是因为金星上强烈的温室效应,温室效应是指透射阳光的密闭空间由于与外界缺乏热交换而形成的保温效应。金星上的温室效应强得令人瞠目结舌,原因在于金星的大气密度是地球大气的100倍,且大气97%以上是“保温气体”——二氧化碳;同时,金星大气中还有一层厚达20~30千米的由浓硫酸组成的浓云。二氧化碳和浓云只许太阳光通过,却不让热量透过云层散发到宇宙空间。被封闭起来的太阳辐射使金星表面变得越来越热。温室效应使金星表面温度高达465至485℃,且基本上没有地区、季节、昼夜的差别。它还造成金星上的气压很高,约为地球的90倍。浓厚的金星云层使金星上的白昼朦胧不清,这里没有我们熟悉的蓝天、白云,天空是橙黄色的。云层顶端有强风,大约每小时350千米,但表面风速却很慢,每小时几千米不到。十分有趣的是,金星上空会像地球上空一样,出现闪电和雷暴。

   金星的大气压力为90个标准大气压(相当于地球海洋深1千米处的压力),大气大多由二氧化碳组成,也有几层由硫酸组成的厚数千米的云层。这些云层挡住了我们对金星表面的观察,使得它看来非常模糊。这稠密的大气也产生了温室效应,使金星表面温度高达400度,超过了740开(足以使铅条熔化)。金星表面自然比水星表面热,虽然金星比水星离太阳要远两倍。

   金星大气层主要为二氧化碳,占约96%,以及氮3%。在高度50至 70 公里的上空,悬浮着浓密的厚云,把大气分割为上下两层。云为浓硫酸液滴组成,其中还掺杂著硫粒子,所以呈现黄色。在气候良好的地球上,应该很难想像在太阳系中竟然有这样疯狂的世界。

   金星接近地表大气时速较为缓慢,只有每小时数公里,但上层时速却可达数百公里,金星自转速度如此的缓慢,243个地球日才转一圈,但却有如此快速转动的上层大气,至今仍是个令人不解的谜团。

   在照片中我们可以观察到金星表面的云层呈现倒V型的形状,这种云系统称为带状风系统 。这种带状风的其实是太阳照射所造成的对流。