金星 -太陽系八大行星之一

金星

金星(Venus)是太陽系中八大行星之一,按離太陽由近及遠的次序,是第二顆,距離太陽0.725天文單位。它是離地球最近的行星(火星有時候會更近)。中國古代稱之為長庚、啓明、太白或太白金星,羅馬神話中稱作維納斯,希臘神話中稱為阿佛洛狄特。公轉周期是224.71地球日。

夜空中亮度僅次于月球,排第二,金星要在日出稍前或者日落稍後才能達到亮度最大。它有時清晨出現在東方天空,被稱為"啓明";傍晚處于天空的西側。

金星是一顆類地行星,因為其質量與地球類似,有時被人們叫做地球的"姐妹星",也是太陽系中唯一一顆沒有磁場的行星。在八大行星中金星的軌道最接近圓形,偏心率最小,僅為0.7%。

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,這是因為金星的軌道處于地球軌道的內側。因此,當我們看到金星的時候,不是在清晨便是在傍晚,並且分別處于天空的東側和西側。

  • 中文名稱
    金星
  • 外文名稱
    Venus
  • 分類
    八大行星
  • 逃逸速度
    10.4千米/秒
  • 自轉周期
    243天
  • 遠日點
    108,942,109千米
  • 公轉周期
    224.7天
  • 視星等
    -3.3~-4.4
  • 表面引力
    8.78m/s²
  • 距太陽距離
    1.082億千米(0.72天文單位)
  • 面積
    4.6億平方千米
  • 別稱
    太白、維納斯、阿佛洛狄特
  • 表面溫度
    465℃~485℃
  • 近日點
    107,476,259千米
  • 直徑
    12103.6km
  • 質量
    4.869×10²⁴千克

星體特征

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”,也是太陽系中除火星外唯一一顆沒有磁場的行星。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,即使在最大時也隻有48.5°,這是因為金星的軌道處于地球軌道的內側。因此,當我們看到金星的時候,不是在清晨便是在傍晚,並且分別處于天空的東側和西側。

金星金星

中國古人稱金星為“太白”或“太白金星”,也稱“啓明”或“長庚”(傍晚出現時稱“長庚”,清晨出現時稱“啓明”)。古希臘人稱為阿佛洛狄忒,是希臘神話中愛與美的女神。而在羅馬神話中愛與美的女神是維納斯,因此金星也稱作維納斯(Venus)。維納斯是愛與美的女性之神,所以金星的天文符號就是女性的標志:,也有人形象地將這個符號比喻為“維納斯的梳妝鏡”。

金星的位相變化

金星同月球一樣,也具有周期性的圓缺變化(相位變化),但是由于金星距離地球太遠,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說的有力證據。

星體概況

金星表面金星表面

金星是全天中最亮的行星,亮度為-3.3至-4.4等,比著名的天狼星(除太陽外全天最亮的恆星)還要亮14倍,猶如一顆耀眼的鑽石,于是古希臘人稱它為阿佛洛狄忒(Aphrodite)——愛與美的女神,而羅馬人則稱它為維納斯(Venus)——美神。在聖經裏,金星象征黎明代表路西法。金星和水星一樣,是太陽系中僅有的兩個沒有天然衛星的大行星。因此金星上的夜空中沒有“月亮”,最亮的“星星”是地球。由于離太陽比較近,所以在金星上看太陽,太陽的大小比地球上看到的大1.5倍。

有人稱金星是地球的姊妹星,確實,從結構上看,金星和地球有不少相似之處。金星的半徑約為6073公裏,隻比地球半徑小300公裏,體積是地球的0.88倍,質量為地球的4/5;平均密度略小于地球。雖說如此,但兩者的環境卻有天壤之別:金星的表面溫度很高,不存在液態水,加上極高的大氣壓力和嚴重缺氧等殘酷的自然條件,金星有極少的可能有生命的存在。由此看來,金星和地球隻是一對“貌合神離”的姐妹。

金星周圍有濃密的大氣和雲層。隻有借助于射電望遠鏡才能穿過這層大氣,看到金星表面的本來面目。金星大氣中,二氧化碳最多,佔97%以上。時常降落巨大的具有腐蝕性酸雨。金星表面溫度高達500攝氏度,大氣壓約為地球90倍(相當于地球900米深海中的壓力)。

金星自轉

方向跟天王星一樣與其它行星相反,是自東向西。因此,在金星上看,太陽是西升東落。金星繞太陽公轉的軌道是一個很接近正圓的橢圓形偏差不超過1°且與黃道面接近重合,其公轉速度約為每秒35公裏,公轉周期約為224.70天。但其自轉周期卻為243日,也就是說,金星的自轉恆星日一天比一年還長。不過按照地球標準,以一次日出到下一次日出算一天的話則金星上的一年要遠遠小于243天。這是因為金星是逆向自轉的緣故;在金星上看日出是在西方,日落在東方;一個日出到下一個日出的晝夜交替隻是地球上的116.75天。在地球上看金星與太陽的最大視角不超過48°,因此金星不會整夜出現在夜空中。我國民間稱黎明時分的金星為啓明星,傍晚時分的金星為長庚星

金星星球金星星球

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。金星的自轉周期和軌道是同步的,這麽一來,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。當然,也有可能僅僅是一種巧合。

基本參數

公轉周期:224.701天

亮度:-3.3~-4.4等

遠日距:0.7255305天文單位

平均軌道速度:35.03 千米/每秒

升交點黃經76.3°

近日點黃經 131° 

軌道偏心率:0.007

軌道傾角:3.395度

赤道半徑:6051.8千米

質量(地球質量=1):0.8150

密度: 5.24 克/立方釐米

自轉周期:243.01 日

衛星數量:0

公轉半徑: 108,208,930 km(0.72天文單位)

表面面積:4.6億 平方千米

表面引力加速度:8.78 m/s2

自轉時間: 243.02天

逃逸速度:10.4 千米/秒

質量:4.67e24kg

表面溫度: 最低溫度465℃,平均溫度475℃,最高溫度485℃。

星體結構

關于金星的內部結構,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3﹐100公裏的鐵-鎳核,中間一層是主要由矽﹑氧﹑鐵﹑等的化合物組成的“”,而外面一層是主要由矽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/cc,次于地球與水星,為八大行星(冥王星已于2006年劃歸為矮行星,故稱八大行星)中第三位的。

一個直徑3000千米的鐵質核心,熔化的石頭為地幔填充大部分的星球。厚得多。就像地球,在地幔中的對流使得對表面產生了壓力,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

地質地貌

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麽大。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)以及拉衛尼亞平原低地(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。由于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。

金星星球金星星球

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)號的最近的資料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布金星表面。金星上最古老的特征僅有8億年歷史,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。

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沖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。金星表面十分幹旱,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。一條從南向北穿過金星構造赤道的長達1200千米的大峽谷,是八大行星中最大的峽谷。

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,使如今變得非常幹燥。地球如果再離太陽近一些的話也會有相同的運氣。我們會知道為什麽基礎條件如此相似但卻有如此不同現象的原因。

來自麥哲倫飛行器映像雷達的資料表明大部分金星表面由熔岩流覆蓋。有幾座大禁止火山,如Sif Mons(右圖),類似于夏威夷和火星的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,看來是由于大的小行星在到達金星表面前,通常會在大氣中碎裂開來。

火山火山活動金星表面為數很多。至少85%的金星表面覆蓋著火山金星表面岩。除了幾百個大型火山外,在金星表面還零星分布著100,000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,範圍大至幾百公裏,其中最長的一條超過7000公裏。

火山分布

金星上可謂火山密布,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征有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。

金星火山造型各異。除了較普遍的盾狀火山,這裏還有很多復雜的火山特征,和特殊的火山構造。目前為止科學家在此尚未發現活火山,但是由于研究資料有限,因此,盡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。

金星與地球有許多共同處。它們大小、體積接近。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。

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溫室效應其大氣壓大約是地球的90倍,這差不多相當于地球海面下一公裏處的水壓。

金星地表沒有水,空氣中也沒有水份存在,其雲層的主要成分是硫酸,而且較地球雲層的高度高得多。由于大氣高壓,金星上的風速也相應緩慢。這就是說,金星地表既不會受到風的影響也沒有雨水的沖刷。因此,金星的火山特征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。盡管金星上峽谷縱橫,但沒有哪一條看起來類似地球的海溝。

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,隻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。由于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。

大型盾狀火山

金星有150多處大型盾狀火山。這些盾狀直徑多在100公裏至600公裏之間,高度約有0.3~5公裏。其中最大的一座直徑700公裏,高度5.5公裏。比起地球上的盾狀火山,金星火山顯得更加平坦。事實上,最大的金星盾狀金星火山其基底直徑已經接近火星上的Olympus火山,但是由于高度不足體積比起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布零散,並不象地球上的火山鏈。這說明金星沒有活躍的板塊構造。

小型盾狀火山

金星約有10萬個直徑小于20公裏的小型盾狀火山。這些火山通常成串分布,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公裏之間。盾狀地帶分布廣泛,主要出現在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,可能形成于火山活動初期。

自轉公轉

金星繞軸自轉的方向與太陽系內大多數的行星是相反的。

金星以224.65天繞太陽公轉一周,平均距離為一億八百萬千米。雖然所有的行星軌道都是橢圓的,但金星軌道的離心率小于0.01當金星的位置介于地球和太陽之間時,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4,100萬千米,平均每584天發生一次下合。由于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3,820萬千米。

金星的自轉周期是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金星日相對于224.7地球日),但是金星的太陽日比恆星日為短,在金星表面的觀測者每隔116.75天就會看見太陽出沒一次,這意味著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。金星在赤道的轉速隻有6.5千米/小時,而地球在赤道的轉速大約是1,600千米/小時。

金星星球金星星球

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,但是金星是順時鍾自轉,金星的順時針自轉是逆行的轉動。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,演變成今天的狀況。

令人好奇的是金星與地球平均584天的會合周期,幾乎正好是5個金星的太陽日,這是偶然出現的關系,還是與地球潮汐鎖定的結果,還無從得知。

雖然小行星2002 VE68維持著與它相似的軌道,但金星還沒有天然的衛星。 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衛星。依據Alemi和Stevenson的說法,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衛星逐漸受到螺旋向內,直到與金星碰撞並合而為一。如果後續的碰撞創造出衛星,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。

星體衛星

人們曾經認為金星有一個衛星,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。它的首次發現是由義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在了恰好的位置上)所以認為金星沒有衛星。

大氣環境

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分鍾。

金星金星

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,相當于地球海洋中1千米深度時的壓強。大量二氧化碳的存在使得溫室效應在金星上大規模地進行著。如果沒有這樣的溫室效應溫度會下降400°C。在近赤道的低地,金星的表面極限溫度可高達500°C。這使得金星的表面溫度甚至高于水星雖然它離太陽的距離要比水星大的兩倍,並且得到的陽光隻有水星的四分之一(高空的光照強度為2613.9 W/m2,表面為1071.1 W/m2)。盡管金星的自轉很慢(金星的“一天”比金星的“一年”還要長,赤道地帶的旋轉速度隻有每小時6.5千米),但是由于熱慣性和濃密大氣的對流,晝夜溫差並不大。大氣上層的風隻要4天就能繞金星一周來均勻的傳遞熱量。

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。如果沒有溫室效應作用,金星表面溫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,溫度會更高。大氣中二氧化碳的大量存在所造成的溫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著每小時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。金星的雲層主要是有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。這些雲層頂端的溫度大約為-45°C。美國航空及太空總署給出的資料表明,金星表面的溫度是464°C。雲層頂端的溫度是金星上最低的,而表面溫度卻從不低于400°C。

金星表面的溫度很高,是因為金星上強烈的溫室效應,溫室效應是指透射陽光的密閉空間由于與外界缺乏熱交換而形成的保溫效應。金星上的溫室效應強得令人瞠目結舌,原因在于金星的大氣密度地球大氣的100倍,且大氣97%以上是“保溫氣體”——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。二氧化碳和濃雲隻許太陽光通過,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。溫室效應使金星表面溫度高達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,這裏沒有我們熟悉的藍天、白雲,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。

金星的大氣壓力為90個標準大氣壓(相當于地球海洋深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。這些雲層擋住了我們對金星表面的觀察,使得它看來非常模糊。這稠密的大氣也產生了溫室效應,使金星表面溫度高達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 公裏的上空,懸浮著濃密的厚雲,把大氣分割為上下兩層。雲為濃硫酸液滴組成,其中還摻雜著硫粒子,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,隻有每小時數公裏,但上層時速卻可達數百公裏,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,至今仍是個令人不解的謎團。

在照片中我們可以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。金星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。隨著雲粒子發生碰撞,電荷從大粒子轉移到小粒子,大粒 子的下降,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溫度和壓力提升到一個很高的值,使分子可以形 成,而在標準大氣的溫度和壓力下,這本來是不會出現的。因此,有些科學家據之推測,閃電可能有助于地球上生命的出現。

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”收集低空資料近10分鍾,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。

研究歷史

星體觀測

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。1950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。從1961年起,蘇聯和美國向金星發射了30多個探測器,從近距離觀測,到著陸探測。

金星表面金星表面

金星的軌道比水星的要大。當進行處于西方(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于地平線以下的時候。必須註意,千萬不能用眼睛直接看太陽。太陽落山金星隨後落下,此時它位于太陽之左;太陽升起前金星首先升起,此時它位于太陽之右。

你很容易分辨出金星來,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。此時金星位于最大距角點與下合點之間在下合點時金星位于地球與太陽之間,我們便看不到它了,註意調好望遠鏡的焦距使之能觀察遙遠的物體。

探測簡史

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說的重要證據。

除太陽、月亮之外,金星是天空中肉眼能夠看到的最明亮的星,最亮的時候達-4.4等,比全天最亮的恆星天狼星還亮14倍。金星毗鄰地球,其直徑比地球小約4%,質量輕20%,密度低10%。理論上金星有一個半徑約3100千米的鐵鎳核,中間為幔,外面為殼。由于它在大小、密度、質量、外表各方面很像地球,所以它有地球的“孿生姊妹”之美稱。

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註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。

1962年8月27日,美國發射了“水手2號”飛船,它于1962年12月14日到達金星附近。星載微波輻射計測量了大氣深處的溫度,紅外輻射計測量了雲層頂部的溫度。磁強計的測量結果表明金星磁場很弱,在它的周圍不存在輻射帶。

1967年6月12日,蘇聯發射了“金星”4號飛船,同年10月18日進入金星大氣層。“金星”4號的著陸艙直徑1米,重383公斤,外表包著一層很厚的耐高溫殼體,設計極限壓強為25個大氣壓。著陸艙進入大氣層後展開降落傘,在降落傘的作用下緩慢下落,探測資料及時傳送到軌道艙,然後返回地球。當著陸艙下降到距離金星表面為24.96公裏時信號停止發射,估計是著陸艙被金星的高氣壓壓癟了。

“金星”5號的發射時間為1969年1月5日,它的設計同“金星”4號非常接近,隻是更結實一些。在著陸艙下落過程中,獲得了53分鍾的探測資料。當著陸艙下落到距離金星表面約24~26公裏時被大氣壓壞,此時的壓力為26.1個大氣壓。

“金星”6號于1969年1月10日發射,同年5月17日到達金星。著陸艙一直下降到距離金星表面10~12公裏。1970年8月17日,蘇聯發射了“金星”7號,並于1970年12月15日到達金星。該飛船的著陸艙能承受180個大氣壓,因此成功地到達了金星表面,成為第一個到達金星實地考察的人類使者。

傳回的資料表明,溫度高達攝氏470度。大氣成分主要是二氧化碳,還有少量的氧、氮等氣體。至此,人類撩開了金星神秘的面紗。

金星環境復雜多變,天空是橙黃色,經常下硫酸雨,一次閃電竟然持續15分鍾!

1978年9月9日和9月14日,前蘇聯發射了“金星11號”和“金星12號”,兩者均在金星成功實現軟著陸,分別工作了110分鍾。特別是“金星12號”于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公裏下降到5公裏的這段時間就記錄到1000次閃電,有一次閃電竟然持續了15分鍾!

前蘇聯與美國

前蘇聯于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日發射的“金星2號”和“金星3號”均告失敗,“金星3號”重達963千克,當它在金星上硬著陸後,一切通信遙測信號全部中斷,估計是儀器設備摔毀了。盡管如此,前蘇聯科學家認為還是有收獲的,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入艙,在它穿過大氣層的94分鍾時間裏,測量了大氣溫度、壓力和化學組成。1969年發射了“金星5號”和“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,由于硬著陸儀器設備損壞,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,冒著高溫熾熱,首次實現金星表面的軟著陸。“金星7號”測得金星表面大氣壓力強至少為地球的90倍,溫度高達470℃。

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著陸,分別工作了110分鍾。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分鍾!

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”,其著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”著陸區的溫度是457℃,“金星14號”的著陸地點比較平坦,是一片棕紅色的高原,地面覆蓋著褐色的沙礫,岩石層比較堅硬,各層輪廓分明。“金星13號”下降著陸區的氣壓是89個大氣壓;“金星14號”下降著陸區為94個大氣壓,這樣大的壓力相當于地球海洋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,好似溫室的保護罩一樣,它隻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溫和高壓環境。

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,二者分別于10月10日和14日到達金星附近,成為其人造衛星,它們每24小時環繞金星一周,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,雷達的表面解析度達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日于金星相會,向金星釋放了浮升探測器——充氦氣球和登入艙,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,登入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于,主要是投放降落裝置考察,以特殊的工藝戰勝金星上高溫高壓,取得了金星表面寶貴的第一手資料。

前蘇聯航天技術的輝煌成就,極大地刺激了美國人。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畫,全力開展探月活動;但又看到前蘇聯對金星的探測活動,格外著急。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。美國于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,隻好自行引爆。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,于同年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溫度,拍攝了金星全景照片,但由于設計上的缺陷,在探測過程中,光學跟蹤儀、太陽能電池板、蓄電池組和遙控系統都先後出了故障,未能圓滿執行計畫。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,對金星極其大氣作了電視攝影,發回上千張金星照片。

先驅者號

從1978年起,美國把行星探測活動的重點轉移到金。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,並成為其人造衛星,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說,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征,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,其主脊兩側的特征近似呈鏡像對稱,這也正是洋中脊的重要特征。那裏的高山、峽谷以及斷層諸方面的分布特征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-金星探測先驅者-金星探測

“先驅者-金星2號”帶有4個著陸艙一起進入金星大氣層,其中一個著陸艙著陸後連續工作了67分鍾,發回了一些圖片和資料。在金星的雲層中不同層次具有明顯的物理和化學特征,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;存在著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,亞特蘭蒂斯號太空梭將“麥哲倫”號金星探測器帶上太空,並于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。後來的事實說明,“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!它裝載的高解析度綜合孔徑雷達,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,解析度也可達到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床和海洋構造,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”經過15個月的航行,于1990年8月10日點燃反向製動火箭,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分鍾,掃描寬度為20~25千米;從北極區域到南緯60度計畫進行37分鍾的觀測,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”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”發現金星上的塵土細微而輕盈,較易于被吹動,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。金星表面溫度高達280℃~540℃。它沒有天然衛星,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37千米~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了解。“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毀。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。雖說金星空間探測碩果累累,但仍然有許多待解之謎。譬如說,金星上確曾有過海嗎?金星上的溫室效應是在什麽時候、怎樣發生的?金星表面是經過大規模的火山活動而重新形成的嗎?金星大氣的精確化學成分是什麽?等等。據報道,2001年日本文部科學省宇宙科學研究所製定出一個金星探測計畫,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入艙、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。

日本

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,以至于引擎停擺,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。

日本探測器接近金星 即將入軌

日本的一顆金星探測衛星相隔5年再度接近金星,並于今日上午實施了進入圍繞金星軌道的挑戰。雖然挑戰是否成功的結果有待于9日才能作出最後的判定,但是,這一訊息無疑的給了日本社會一個很大的鼓舞。

這顆名為“曉”的金星探測衛星(標題照片為示意圖)是在2010年5月發射升空的,當年12月7日實施了進入金星環繞軌道的挑戰,但是由于主力發動機的破損,使得衛星無法進入預定的軌道。

今天距離上一次的挑戰剛好是5周年,上午8時51分開始,衛星根據地面的指示,調整姿勢啓動4個發動機進行反方向的20分鍾噴射,希望借助于金星的引力進入環繞軌道。

天文現象

凌日

由于水星、金星是位于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,我們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,以此迴圈。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。這主要是由于金星圍繞太陽運轉13圈後,正好與圍繞太陽運轉8圈的地球再次互相靠近,並處于地球與太陽之間,這段時間相當于地球上的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。

他們不遠千裏,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資料,成功地測量出日地距離1.496億千米(稱為一個天文單位)。當今的天文學家們,要比哈雷幸運得多,可以用很多先進的科學手段,去進一步研究地球的近鄰金星了!

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。

金星凌日觀測指導

金星凌日雖然說用肉眼也許也能看到,但效果總不會太好。如果您有望遠鏡——無論是小型觀景望遠鏡還是天文望遠鏡——都可以獲得更好的效果。10倍以上的倍率即可清楚地看到金星的圓形輪廓,40-100倍左右觀測最佳。天氣好的話,還可以看到由于金星濃厚的大氣折射成的光圈,景象猶為壯觀。如果當天日面上黑子較多,還可能出現金星掩太陽黑子的現象,使凌日的過程更加有趣。

正規的凌日觀測要進行描圖,因此要選擇帶有投影屏的天文望遠鏡。一台帶有赤道儀並配備有電跟的望遠鏡會使你在長時間觀測中更加輕松。

在我國的大部分地區,凌日大多從13點左右開始。因此,想觀測的朋友們應該在中午之前做好準備,以保證活動有條不紊地進行。下面簡述一下用赤道式望遠鏡的投影法觀測方法。

在入凌前,要把表對得盡量準確,應盡可能的調整好極軸,並把東西線畫好(或把觀測用紙調整好),把太陽上的可見黑子描繪于觀測用紙上。描圖時,要註意手不要壓螢幕,頭不要碰螢幕,盡量保持螢幕穩定,增加準確度。描完黑子後,就進入了準備的最後階段。這時,眼睛要目不轉睛地註視日面的東邊緣,當看到圓滑的邊緣像日食似的剛開始缺了一小塊時,意味著凌日開始了。應立刻記下時間,這便是入凌時的外切時間(日面東邊緣與金星西邊緣外切的時刻),並描出外切的位置。同樣,也應記下入凌時的內切時間(日面東邊緣與金星東邊緣內切的時刻),描出內切的位置。這時,整個金星已經完全處于太陽的圓面之內了。從此刻開始,要每隔半個小時把金星的位置在同一張觀測用紙上描繪一遍,在每個位置上註明時間,直至即將出凌。在此過程中,您可以盡量欣賞這百年一遇的奇觀,看看是否能看到光暈。整個凌日過程將持續6個小時,為了保證儀器的安全,不要總是讓儀器工作,同時也要防止中暑。在休息時,蓋上鏡頭蓋,關掉電跟(如果有的話),盡可能的讓儀器冷卻。由于投影觀測不用深暗的濾光片或根本不用,目鏡片的溫度常達到幾百度!因此要謹防燙傷和鏡片炸裂,不要用手靠近目鏡。

太陽向西方地平線緩緩沉去,眼看著金星就要移出日面了,觀測又緊金星地表張了起來。在出凌時,也要像入凌一樣把兩個切點位置標出。在我國,有很大一部分地區都很難看到完整的出凌,但帶凌的日沒也是一個很好的景觀;如果您看到了整個出凌,不要忘記記錄!如果太陽的光被霧氣消減得過多,投影法觀測不能繼續進行時,可以利用目視觀測。有興趣的話,可以不用望遠鏡,試試能否看到金星。這時,太陽往往被折射得很大,角直徑接近一角分,金星的黑影也異常明顯,眼力不太好的人也能看到。

隨著天色暗下來,觀測活動也接近了尾聲。欣賞一下日落的美景,收拾收拾東西,也該回家了。怎麽樣?收獲不小吧!如果你認真觀測了的話,應該得到一張滿滿的觀測表。到家以後,整理資料,最好寫篇觀測日記,當你以後看起來時,又會是一番感受。如果您沒有抓住機會,也沒關系,在2012年還會有一次金星凌日,一定要註意呀,否則就要再等上一百多年了!

入凌和出凌

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,當我們對著光亮,將兩個手指逐漸靠近,當很接近的時候,可以發現盡管手指還沒有接觸,就能夠看到上下手指之間有陰影把它們聯系了起來,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線,這就是凌日時的黑滴現象。成因是我們大氣層的視寧度、光的衍射以及望遠鏡“極限解析度”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”是由于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。

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