金星

出处：按学科分类—自然科学总论 北京出版社《现代科技综述大辞典上》第502页（4953字）

从太阳向外数的第2颗行星。

中国民间称为“太白星”或“太白金星”。金星是地内行星，故有时为晨星，有时为昏星。在中国史书上，分别称晨星为“启明”，昏星为“长庚”。

除太阳、月球外，它是天空中最亮的星，最大亮度为－4．4等。普通人很容易用肉眼看到金星。

在天文学史上，金星起过重要作用。

1610年伽利略用望远镜观测金星几个月后，发现金星有如月亮那样的位相变化，且观测到金星的视大小与其位相紧密相关。当金星呈现月牙相时，它特别大；几个月之后，当金星呈现凸圆相时，其圆面特别小。

这一发现成了支持哥白尼日心说的有力证据。

金星同地球十分相似，也是一个有大气层的固体球。它的大小、质量和密度都同地球非常接近。其平均直径为6051．4km；质量为地球的81．5%，相当于4．87×10²⁷g；平均密度约为地球的95%。

金星的轨道实际上是圆形的，金星自转轴几乎垂直于其公转轨道平面，导致难以观察的季节性变化。金星没有卫星。金星总是全部被云层包围着，而地球只是部分被云层所覆盖。金星上没有磁场，也没有发现辐射带。

根据金星模型，它可分3层：外面为16km厚的壳；深度到达3224km的硅质幔；半径为2826km的铁质核。金星幔的矿物成分与地幔的相近，金星内部铁的相对含量与地球相同。

金星的岩圈之下是否存在软流圈，至今尚无定论。

直到20世纪60年代初期，我们只能在地球上看到金星的云层顶部，所以对金星的了解甚少。

在可见光波段，看上去它是淡黄色的天体，无表面特征。微波能穿透云层。

前苏联和美国的科学家用跟踪卫星的射电天线向金星发出雷达波束，它很易穿透金星云层，并从金星表面反射回来。通过雷达回波，测出金星自转非常缓慢，自转周期243d，且是逆向的。

从金星上看，太阳是西升东落。同时，利用雷达回波，推断出金星表面的一些特征。

进一步了解金星，只能依靠空间探测。

前苏联和美国向金星发射的宇宙飞船数目不少于向火星发射的数目。

其中水手2号，水手5号，水手10号，金星4、5、6号，金星9、10号，先锋－金星号，金星11、12号，金星13、14号，Vega1、2号，金星15、16号以及麦哲伦(Magellan)宇宙飞船都对金星探测作出过贡献。1962年水手2号首次从金星旁边飞过，发现金星大气的温度高达670K，竟会比水星还要热。60年代末，水手5号，金星4、5、6号4次飞行带来金星大气更详细的资料；得到金星大气温度随高度而变化。在离金星表面65km处的云层顶部，温度低达230K，向下进入云层，随高度下降温度急剧升高。到金星表面，温度高达730K。除高温外，金星大气压强非常大；在50km高度处为101325Pa，在金星表面高达9．11925MPa。探测发现，金星大气几乎全由二氧化碳组成。还包括氧原子(O)、一氧化碳(CO)和分子氮(N₂)等。

在金星较低层大气中，CO₂占了95．5%，分子氮占3．5%，只有1%是其他气体。

1974年2月，水手10号在飞往水星途中飞经金星，得到大量照片，看出金星云层的结构和金星大气中激烈的湍流。

这些特征仅在紫外光谱中观测到，金星云或大气一定含有在紫外波段表现为弱吸收的成分，它可能是硫酸。

从紫外波段观测到的一些暗带，推出高度50～70km上层云层浓密大气的自转速度比固体金星快6倍。

1979年2月，先锋一金星号轨道器已证实这种超自转(Super-rotation)；在上述高度相当于100m／s的风速。这种超自转也是逆向的，自转周期为4d。

1975年10月，金星9号、10号先后在金星表面着陆，向地球发回着陆点周围景致的照片：着落点周围都是棱角分明的岩石。这两艘飞船也测量了金星表面的温度与压强，还测出金星表面的风速仅为3．5m／s。

1978年12月金星11、12号，1982年3月金星13、14号，1985年6月Vega 1、2号和1983～1984年金星15、16号8个着陆器以及先锋－金星号和1990年8月麦哲伦(Magellan)飞船等，对金星的探测主要集中在金星大气(成分、结构、温度、压强)、云层、金星地形和表面结构、金星电离层、金星闪电等方面，取得了丰硕成果和一些更精确更翔实的数据。

金星大气有两个特征：一是有很大的大气压强，表面温度极高；二是在47～65km存在云层。

金星云的特征：雾的质量密度不超过金星大气几mg／cm²；雾粒的直径不超过10μm。金星云可分为3个层次，且覆盖整个行星。

由于20km厚的云带，产生很大的光学吸收。在云层之上70～90km高度，存在光学吸收小100倍的薄雾层，是由直径0．25μm的硫酸粒子组成的。据新近的数据，得知金星大气中除CO₂外，还有水蒸汽、SO₂、CO、N₂、H₂S、CoS等成分。水蒸汽和SO₂作用形成硫酸。

还发现，金星大气中水蒸气、SO₂等成分的浓度随高度而变化。

金星内能到达金星表面仅为0．6W／m²，到达金星表面的太阳辐射能为20W／m²。

金星表面的高温主要是由于太阳能，而使金星表面处于730K高温的机制是金星大气的温室效应。水蒸汽、CO₂以及SO₂对红外辐射的不透明性，对温室效应作出了贡献。

这些气体阻止入射光能到达金星表面，但也防止了表面辐射的能量散失到星际空间。在金星某一演化时期，金星低层大气层到达某临界温度，金星上的全部水和CO₂都回到大气中，使温室效应不可逆转。从那之后，表面温度从未降低到使温室效应中断。

金星大气环流和极区环流是金星大气的另一特征。

大气纬向环流理论早在1960年由查理斯·波义尔(Charles Boyer)和亨利·卡米柴尔(Hemri Camichel)观测到金星圆面暗斑而得到证实。现已查明金星大气超自转起始于10km高度，速度为几米每秒，而在云顶(68km)，速度可高达150m／s。超自转高度可达95km(在此高度，风速已降为零)。从着陆器得知纬向风的存在，且在云层之下产生垂直梯度。

为解释超自转，人们假设角动量通过大气转移。风的垂直梯度能否保持超自转?小尺度的垂直湍流扩散也许会在数月内抵消较差自转。

可是，由于存在子午方向轴对称的哈德雷(Hadley)环流，能补偿湍流扩散效应。同时，旋涡机制能平衡哈德雷环流引起的子午方向的传输损失。还发现，在高于96km高度上有热空缺区，而在赤道上有过热区，热量通过哈德雷环流由赤道流向两极。极区环流表明，最初认为在64km最高云层绕金星均匀分布的理论并不正确。在北极区存在显着的低气压；在北纬53°～70°，存在较暗的拱极区，对应较低温度(205～225K)。相联系的两个亮带形成偶极区，对应的亮温度250K，且自转极快，周期2．7d；且发现亮带云顶高度降低15km。

金星地形和表面结构是借助地面雷达和船载雷达用测高计得到的，只是它们的分辨率和可测的表面区域不同。先锋－金星号探测器以200m分辨率测过金星表面的93%。金星15、16号着陆器的分辨率为50m，可测到北极区。它们携带的综合口径雷达实现了1～2km的分辨率。现已发现，金星表面较为平坦，以6054．1km作为参考半径，70%的表面不会偏离500m。与70%的平原相比，有两个高地；阿芙洛带特(Aphrodite)高原和伊希太(Ishtar)高原，占金星表面的10%。

低于平原的地形占20%，其上有近似圆形结构，很像月球盆地，不像地球上的海洋，因为高度差不超过3km。还有几个尺度较小的高原散布于表面各处：α、β、Alta和Phoebe区域。

阿芙洛带特高原沿赤道伸展达9600km，大如非洲。依希太高原包括Lakshmi高原和与之相连的Freyja、Akna和Maxwell山脉。Maxwell山脉高出平原6km，其最高峰达11．1km，为金星的最高点。Maxwell山脉上有一直径100km、深度1．5km的陨击坑(Cleopatra Patera)；其中心还有一个陨击坑，直径55km，深1km。

这无疑是撞击而成。在此陨击坑西部，有直径5～10km的连续损击坑，延伸达数百km，散布在400km×200km的椭圆形区域。

β区为一椭圆形高地，高5km，长2000km，位于北纬25°，经度280°。其上有两个规则火山结构：Theia和Rhea山系，形状如盾形火山。

Theia基底300km，高出高地2．5km，周围为深峡谷，有年轻的熔岩流出的痕迹。β区和Phoebe区有暗槽，与非洲裂缝峡谷相似；表明金星壳已断裂。

在依希太高原东西，到处可见大量的浅圆特征(200～600km)，这些坑的成因还是未解之谜。北半球大约有150个直径10～40km的陨击坑，这种陨击坑在近赤道区也有。

但较小的陨击坑不存在，可用大气屏蔽效应或分辨率不够高来解释。

由这类陨击坑估计的表面年龄为10亿年。

金星上已识别出3个裂谷系：①从β区向西延伸至阿芙洛带特高原西端，长约20000km；②从Themis区起向西北延伸并穿过Alta区，长14000km；③在β区与Phoebe区之间沿南北延伸，长8000km。

从金星岩石中某些放射性元素铀、钍和钾的X射线光谱分析，以及其他元素如硅、钙、铁、镁和硫的X射线荧光的化学分析，加上对金星土壤照片的地球化学解释，使我们能对金星岩石分类，说明它们的起源，并了解发生在金星土壤中的化学和物理过程。

从所收集到的岩石取样表明，金星的岩石类型相似于玄武岩或介于玄武岩和花岗岩之间。某些岩石具有被新近的火山活动改变过的矿石成分。

金星13、14号首次分析了金星土壤的基本化学成分，表明属硅酸盐性质。在β区和Phoebe区有熔岩流动的火山结构，是以其玄武岩成分的火成岩石为特征的。

金星表面经历众多的侵蚀过程。化学侵蚀是很重要的过程。

金星大气中的H₂SO₄、HCl和HF，由于金星表面的高温高压，将与表面相互作用。在20～50km的SO₂浓度较高，可解释为火山事件频繁发生的结果。

支持金星上有瞬间火山活动的另一种证据是金星11、12号检测到大气闪电。先锋－金星号飞船也观测到与闪电有联系的现象。

当前对金星研究的热点是：(1)Magellan飞船等研究了金星的火山机制和陨击坑，探讨金星在地质上是个很活跃的行星；(2)金星电离层的结构和磁场；(3)继续探讨金星的地形结构和地质演化，以更高的分辨率描绘金星地形图等。

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【参考文献】：

1 Karfmann Ⅲ W J着，何妙福译．行星和卫星．北京：科学出版社，1987．35～50

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3 Burkhardt G,et al. Astronomy Astrophysics Abstracts, 1991,53A..609～616,1991,54A:592～601

(中国科学院上海天文台刘金铭编审撰)