云遮雾罩的太白金星

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金星犹如一颗耀眼的钻石，是天幕上最亮的星星。金星在我国古代称为太白，早上出现在东方时又叫启明星、晓星、明星，傍晚出现在西方时也叫长庚星、黄昏星。在希腊与罗马神话中，金星是爱与美的化身。罗马人称金星为维纳斯（Venus），维纳斯是爱神、美神，同时又是执掌生育与航海的女神（图1）；在希腊神话中她叫阿佛洛狄忒（Aphrodite）——爱与美的女神，金星的图腾符号是维纳斯女神化妆台的镜子（图2）。金星一直都被稠密卷曲的云层笼罩在神秘的面纱中。

金星之谜1. 天穹中最亮的星星

金星是一个普通的、体积很小的行星，不是发光发热的恒星，但却是最亮的星星。太阳系的类地行星按照距离太阳由近而远的顺序，依次是水星、金星、地球与火星。金星的半径约为6073千米，只比地球半径小300千米，体积是地球的88%，质量为地球的87%，平均密度为地球的95%，在类地行星中，金星与地球的大小、质量最接近，金星是地球的姊妹星（图3）。金星比地球更靠近太阳，在金星上看太阳，太阳的大小比地球上看到的大1.5倍，金星的位置接受太阳的光和热的辐射常数比地球大1.9倍。由于金星被一层稠密的100多千米厚度的大气层所包裹，特别是距离金星表面47—70千米高度的白中透黄的反光云层，使到达金星的阳光大约70%被反射到太空，使金星在天穹中成为最亮的星星，甚至比最亮的恒星天狼星还要亮。

金星周围有浓密的大气和云层，金星的大气压强非常大，为地球的90—99倍，相当于地球海洋中1千米深度时的压强。在100多千米厚的金星大气层中，夹有一层厚达20到30千米厚的浓硫酸组成的浓云，使金星的天空呈现橙黄色，经常下硫酸雨。这些云层挡住了各种光学望远镜对金星表面的观察，往往只能观 察到金星表面的云层呈现的带状风系统，这种带状风是太阳照射所造成的对流（图4）。

上世纪60年代初以来，美国和前苏联分别发射了“水手号”和“金星号”等一系列探测器，迄今为止发往金星或路过金星的各种探测器已经超过40个，获得了大量的有关金星的科学资料，但是对金星面貌的了解仍然模糊不清。 1991年，美国发射的轨道飞行器“麦哲伦号”绕金星运行，成功应用合成孔径雷达对金星表面成像，首次获得分辨率为300m覆盖金星表面99%的图像（图5），金星的面容才真实地显露出来。

3. 一天的时间比一年还长

金星绕太阳运行轨道接近于正圆，金星公转的轨道面与黄道面接近重合，公转周期为224.701个地球日。金星的自转速度很慢，自转周期为243.01个地球日。金星公转一周为金星的“一年”，自转一周为金星的“一天”，金星 “一天”的时间比金星 “一年”的时间还要长18.3个地球日。

4. 反向自转

太阳系的行星（金星除外）自转的方向与公转的方向（反时针方向）一致，唯有金星是反向自转（顺时针方向），自转与公转的方向相反（图6），因而在金星上太阳是西升东落，与地球上的太阳是东升西落完全相反。图6示意表示太阳系8大行星的自转轴与垂直黄道面法线的夹角和自转方向，8大行星的自转轴与黄道面都不是垂直的，水星接近垂直，其他行星的自转轴与垂直黄道面法线都有大小不等的夹角。一般的解释是当太阳系各行星形成不久，受到不同大小、速度和入射角的小行星撞击，使受到撞击的各个行星的自转轴不同程度的倾斜，甚至像金星那样倒转。理论计算各个行星的自转轴不同程度的倾斜并不困难，但要找到撞击的科学证据还有待进一步研究。

5. 金星大气层中大量的二氧化碳、硫化氢和二氧化硫来自何方？

金星的大气主要由CO2(96.5%)和N2（3.5%）组成，还有极痕量的H2O、SO2和H2S。地球的大气主要由N2(78.1%）和O2(21.0%)组成，CO2只占0.033%。为什么大小和质量相近的金星与地球，大气的成分差别极大？在太阳系形成初期，类地行星（水星、金星、地球、火星）的原始大气层中的气体都被强烈的太阳风驱赶殆尽，行星的大气层是通过初期行星大面积的火山爆发喷发出来的火山气体组成，类地行星的大气层是次生的。在类地行星中，地球和金星的质量最大，可以将更多的内部排出的气体“束缚”在它们表面，因此它们的大气有着复杂的组成和较大的密度。

地球的大气层经历了火山喷气为主要成分的火山大气层，逐步演化为二氧化碳大气层和氮-氧大气层。地球的大气层与海洋呈现出相互协调发展的特征。金星大气层与地球大气层的演化完全不同，金星的火山排气过程与地球相似，排气过程也会释放出大量CO2、SO2、H2S和H2O，但由于金星距太阳较近，H2O很快被光解，氢进入空间逃逸，氧则与金星的表面物质发生氧化反应。由于温室效应不断加剧，金星表面始终没有形成过水体，CO2始终残留在大气层内，更加剧了温室效应，因此金星大气是富含CO2的极稠密的大气层，高达90多个大气压。金星内部排出的强酸性气体（如SO2、H2S和Cl2等），在大气循环中形成酸性稠密的浓云和沉降强腐蚀性的酸雨。

6. 金星的表面达到450o- 480oC的高温

温室效应是指在透射阳光的密闭空间内，由于与外界缺乏热交换而形成的保温效应。金星的大气密度是地球大气的90倍，且大气中97%以上的二氧化碳是“保温气体”。 二氧化碳只许太阳光通过，却不让热量散发到太阳系空间。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450至480℃，并且基本上没有地区、季节和昼夜的差别。金星大气中还有一层厚达20～30千米由浓硫酸组成的浓云，浓云一方面阻止金星表面热量的散发，增强了温室效应；但是另一方面浓云把70%入射的阳光都反射回了太空，使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，因而大大减弱了金星的温室效应。如果金星没有这些浓云层，金星表面的温度还会更高。

7. 表面的撞击坑比别的行星和卫星少

太阳系中高速运行的小天体撞击金星，首先要通过金星稠密而浓厚的大气层，绝大多数小型的小行星或彗星在金星大气层中气化、熔融甚至爆炸而不能到达金星表面，因而在金星表面很难发现直径小于3千米的撞击坑。当较大体积的小天体高速通过金星大气层时，表面不断受到高温消融和气化作用，质量损失比较多，使小天体的质量和体积迅速减小，运行速度大大降低，因而在金星表面直径大于300千米的撞击坑也没有发现。金星表面最大的Mead撞击坑，直径为275千米。金星表面大型撞击坑的成坑率只有月球的10%。金星表面近85%的面积被火山喷发的熔岩流覆盖，也掩埋和破坏了一些撞击坑。上述因素的综合，使金星表面的撞击坑比别的行星和卫星少。

8. 太阳系中拥有火山数量最多的行星

根据“麦哲伦”号雷达的探测数据，表明至少85%的金星表面被火山喷发的熔岩流覆盖，显示金星在距今的8—10亿年以来，火山活动仍很活跃。在金星表面发现有几百个大型火山地貌，还零星分布着十多万座小型火山，金星是太阳系中拥有火山数量最多的行星。金星表面古老的地形地貌和地质构造特征绝大部分被后期的熔岩流覆盖，为分析研究金星的地质构造演化历史带来了更大的困难。（图7）

在地球上，有些火山爆发时由于内部含有大量的气体和水，将促使火山熔岩剧烈喷发。金星的火山熔岩里缺乏水，再由于金星表面的大气压很高，金星的火山似乎没有剧烈爆发和喷射火山灰的迹象，只发现熔岩流的溢出和流淌。根据“麦哲伦”号雷达的探测，85%的金星表面覆盖着火山熔岩流，大量的火山熔岩流经几百千米，填满低地，形成了广阔的平原。

9. 没有板块运动

按照地球的板块构造理论，板块运动的发现是源于海底扩张，大陆漂移；板块运动的机制是刚性的岩石圈板块在软流圈对流的驱动下产生漂移。在板块交界处板块碰撞造山，岩石圈板块插入软流圈，火山-地震带的形成等。金星的内部结构，目前直接探测资料极少，只能参照地球内部结构推测金星内部有一个半径约3100 km的铁-镍核，中间一层是主要由硅、氧、铁、镁等化合物组成的幔，而外面一层是主要由硅、铝、氧化合物组成的很薄的壳。来自“麦哲伦号”探测金星的数据表明，金星的“地壳”比起原来所认为的更厚也更坚固。金星没有海洋，更没有发现海底扩张产生的对称磁条，没有线性的火山链，没有明显的板块消亡地带等。推测金星没有像地球那样产生过可移动的板块构造。

10. 大气超旋

金星自转速度很慢，自转一周的时间为243.01个地球日，金星赤道处的自转速度为每秒1.81米。金星表面大气的风速只有每秒1米或更小，随着高度的增加，金星大气旋转的速度增大。在16千米高度时，大气的旋转速度达到每秒20米，大大超过金星自转的速度。在70千米高度大气的旋转速度大约为每秒100米，绕金星一周旋转的周期只有4—5个地球日。如此快速转动的上层大气，称为“超旋”，至今仍是个令人不解的谜团。

金星警示

金星是一颗神秘的行星。金星的天空呈橙黄色，高空云层浓密，雷鸣闪电，阴森恐怖；金星表面高温高压，火山熔岩流淌，强酸雨沉降，没有海洋，没有河流，没有一滴水；金星没有任何生命活动的迹象，是一个严酷的、死寂的世界。

地球是宇宙的骄子，是一个天缘巧合、得天独厚的幸运行星，地球上的人类建立了高度文明的社会。令人焦虑的是随着人口的增长，资源与能源的过度消耗与匮乏，生物多样性的锐减，生态环境恶化与日俱增；温室气体排放的增长，导致了全球气候变暖，海平面上升，极地冰雪融化，气象灾害频发。

地球似乎在走向金星！今天的金星会不会成为明天的地球？

当然，地球的生态环境不可能完全重蹈金星的覆辙。金星的警示要我们人类肩负起保护地球，关爱我们的地球家园，改善和重建地球的生态环境，才能使人类社会永远持续、和谐发展。