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金星

2015-2-13 20:46|查看:3472|评论:0|字体: 繁体

金星

经过处理后的金星图像。其表面被一层厚厚的云遮盖着。

金星(英语、拉丁语:Venus),是太阳系八大行星之一,按离太阳由近及远的次序排列为第二颗。在中国古代称为太白,另外早晨出现在东方称启明,晚上出现在西方称长庚。公转周期是224.71地球日。夜空中亮度仅次于月球,排第二,感觉上,金星在日出稍前或者日落稍后是最明亮的时刻。

概述

金星是一颗类地行星,因为其质量与地球类似,有时被人们叫做地球的“姐妹星”,也是太阳系中唯一一颗没有磁场的行星。在八大行星中金星的轨道最接近圆形,偏心率最小,仅为0.7%。

以地球为三角形的顶点之一,分别连结金星和太阳,就会发现这个角度非常小,即使在最大时也只有48.5°,这是因为金星的轨道处于地球轨道的内侧。因此,当我们看到金星的时候,不是在清晨便是在傍晚,并且分别处于天空的东侧和西侧。

中国古人称金星为“太白”或“太白金星”,也称“启明”或“长庚”(傍晚出现时称“长庚”,清晨出现时称“启明”)。古希腊人称为阿佛洛狄忒,是希腊神话中爱与美的女神。而在罗马神话中爱与美的女神是维纳斯,因此金星也称做维纳斯(Venus)。金星的天文符号用维纳斯的梳妆镜来表示。

金星

金星的位相变化

金星同月球一样,也具有周期性的圆缺变化(相位变化),但是由于金星距离地球太远,用肉眼是无法看出来的。金星的相位变化,曾经被伽利略作为证明哥白尼的日心说的有力证据。

大气

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。

金星表面有着非常厚的大气。金星的大气主要由二氧化碳组成,并含有少量的氮气。金星大气的质量是地球的93倍,它的地表大气压为地球的92倍,相当于地球海洋中1千米深度时的压强。金星地表大气的密度为65kg/m³,等于水密度的6.5%。金星大气中的大量二氧化碳的存在再加上厚厚的硫酸云产生了太阳系中最强的温室效应,使得金星的地表温度至少有462 °C(864 °F)。这使得,尽管金星距离太阳的距离是水星的两倍,接受的太阳辐射仅为水星的25%,但其地表温度比水星还热。水星地表最小温度为−220 °C(−364.0 °F),最大温度为420 °C(788 °F)。金星的表面常被形容是地狱般的。金星地表的温度甚至比用来杀菌的温度还高。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。尽管金星的自转很慢(金星的“一恒星日”比金星的“一年”还要长),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的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,大部分的阳光都不能直接到达金星表面。金星热辐射的反射率大约是60%,可见光的反射率就更大。所以说,虽然金星比地球离太阳的距离要近,它表面所得到的光照却比地球少。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,但是事实证明如果没有这些浓密云层,温度才会升高。可是金星的大气中有二氧化碳大量存在,严重的温室效应导致金星位居八大行星中温度最高的,仅只有云层顶端的环境是比较接近地球。

金星表面是非常有效的等温;它不仅在日夜之间保持一个定常的温度,而且在极地和赤道间也是这样。金星的远小于地球的转轴倾角(金星小于3°,地球为23°)也使得季节温度变化很小。仅有随高度的温度变化较大。

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。金星的云层主要是由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。

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,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。麦克斯韦山脉包围了拉克西米高原。伊师塔地大约有澳大利亚那么大。南半球有更大的阿佛洛狄忒陆,面积与南美洲相当。这些高地之间有许多广阔的低地,包括有阿塔兰塔平原低地、圭尼维尔平原低地以及拉维尼亚平原低地。除了麦克斯韦山脉外,所有的金星地貌均以现实中的或者神话中的女性命名。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,大多数地区都相当年轻(但也有数亿年的时间)。最近的发现表明,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,其地核的液态铁因对流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,太阳风的攻击已经让金星上层大气的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的物质化合,因而在大气中没有氧气。金星表面十分干旱,所以金星上的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。

另外,根据探测器的探测,发现金星的岩浆里含有水。

公转与自转

金星以224.65天绕太阳公转一周,平均距离为一亿八百万千米。虽然所有的行星轨道都是椭圆的,但金星轨道的离心率小于0.01。当金星的位置介于地球和太阳之间时,称为下合(内合),会比任何一颗行星更接近地球,这时的平均距离是4,100万千米,平均每584天发生一次下合。由于地球轨道和金星轨道的离心率都在减少,因此这两颗行星最接近的距离会逐渐增加。而在离心率较大的期间,金星与地球的距离可以接近至3,820万千米。

金星的自转周期是243天,是主要行星中自转最慢的。金星的恒星日比金星的一年还要长(243金星日相对于224.7地球日),但是金星的太阳日比恒星日为短,在金星表面的观测者每隔116.75天就会看见太阳出没一次,这意味着金星的一天比水星的一天(176地球日)短。太阳会从西边升起,然后在东边落下。金星在赤道的转速只有6.5千米/小时,而地球在赤道的转速大约是1,600千米/小时。

如果从太阳的北极上空鸟瞰太阳系,所有的行星都是以反时针方向自转,但是金星是顺时钟自转,金星的顺时钟转是逆行的转动。当行星的自转被测量出来时,如何解释金星自转的缓慢和逆行,是科学家的一个难题。当他从太阳星云中形成时,金星的速度一定比现在更快,并且是与其他行星做同方向的自转,但计算显示在数十亿年的岁月中,作用在它浓厚的大气层上的潮汐效应会减缓它原来的转动速度,演变成今天的状况。

令人好奇的是金星与地球平均584天的会合周期,几乎正好是5个金星的太阳日,这是偶然出现的关系,还是与地球潮汐锁定的结果,还无从得知。

虽然小行星2002 VE68维持着与它相似的轨道,但金星目前没有天然的卫星。 依据加州理工学院的Alex Alemi和大卫·史提芬逊两人对早期太阳系研究所建立的模型显示,在数十亿年前经由巨大的撞击事件,金星曾至少有过一颗卫星。依据Alemi和史提芬逊的说法,大约过了一千万年后,另一次的撞击改变了这颗行星的转向,使得金星的卫星逐渐受到螺旋向内,直到与金星碰撞并合而为一。如果后续的碰撞创造出卫星,它们也会被相同的方法吸收掉。Alemi和史提芬逊目前的研究,科学界是否会接纳,也依然是情况未明。

观测

金星总是比其他任何星星都要亮(除了太阳)。其最大的亮度为−4.9视星等,发生在当它靠近地球的新月时期。当金星与太阳背光时,它的亮度进退为大约−3。金星的亮度大到即使在中午的干净的天空上也能被看到。当太阳低于地平线时,很容易看到金星。 作为一个内侧行星,金星总是位于太阳的47°范围内。(it always lies within about 47° of the Sun.)

金星

类地行星大小的比较,由左至右依序为:水星、金星、地球、火星

金星

2004年金星凌日

金星

金星总是比太阳系外最亮的恒星还要亮,可以在太平洋上看到它。

金星

金星的各相和表观直径的变化。

金星

在集美大学拍摄的金星

卫星史话

人们曾经认为金星有一个卫星,名叫尼斯,以埃及女神塞斯(没有凡人看过她面纱下的脸)命名。它的首次发现是由意大利出生的法国天文学家乔凡尼·多美尼科·卡西尼在1672年完成的。天文学家对尼斯的零星观察一直持续到1982年,但是这些观察之后受到了怀疑(实际上是其它昏暗的星体在恰好的时间出现在了恰好的位置上)。所以现在认为金星没有卫星。

人类探索

在太空探测器探测金星以前,有的天文学家认为金星的化学和物理状况和地球类似,在金星上发现生命的可能性比火星还大。1950年代后期,天文学家用射电望远镜第一次观测了金星的表面。从1961年起,苏联和美国向金星发射了30多个探测器,从近距离观测,到着陆探测。

日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)在2010年5月发射的金星探测器“晓”号,原定在2010年12月7日进入金星轨道,但“晓”号开始进行引擎反向喷射、准备减缓速度进入金星轨道时,通讯设备却发生故障,与地面指挥中心短暂失联,以至于引擎停摆,与金星擦身而过。“晓”号必须等到2016年后才能再度接近金星轨道,运作小组表示,届时“晓”号若仍完好无损,将再次挑战。

金星殖民

高空金星运作概念(High Altitude Venus Operational Concept,HAVOC)计划目前在NASA维吉尼亚州的汉普顿(Hampton)的兰利研究中心(Langley Research Center)进行,系统分析及观念理事会的工程师和科学家已经开始研拟初步的可行计划,看看机器人和人类是否能实现这项任务。任务分析部的太空工程师琼斯(Christopher A. Jones)表示,金星大气层对科学家和人类的探索来说,都是一个引人入胜的里程碑。人类可以使用比空气还轻的飞船,可以承载基础设备、太空探测器或者可居住的探测太空船,让两名太空人可以探索金星长达1个月。同时,金星任务需要的时间比火星短,可以做为人类探测火星的预习。任务的最终目标是在金星的大气层中,寻求人类永久生存栖息的家园。生活在50千米高的飞船中,重力只比地球弱一点,人类不用对抗无重力状态,也就不必担心肌肉萎缩、骨骼疏松等问题。HAVOC是被赋予重大展望的计划,将会送更多机器人去多加测试,并实际了解大气层的情况。NASA目前并无打算投入资金,但这个团队仍持续进行研究,希望NASA能让这个计划成真。

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