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宇宙之太阳系---金星
( 科普2013-06-14 08:57:04)


金星是太阳系大行星之一,按照离太阳由近及远的顺序排列是第二颗,紧挨着我们的地球。在夜晚天空中,除了月球之外,金星是最明亮的天体,亮度最大时为-4.4等,比著名的天狼星还亮14倍。中国民间称为“太白星”或“太白金星”。古代有人把它误认为两颗星。在中国史书上,分别称为“启明星”和“长庚星”。

金星在距离太阳1亿零750万公里的平均距离处,沿近圆轨道绕日公转。从随着金星一起绕日运行的地球上看,金星也呈现出和月球类似的相位变化。金星以225个地球日公转一周,但经历一个相位周则需时584日。金星的自转周期比公转周期还长,这在九大行星中是唯一的。金星的自转周期为243日。金星的白昼和黑夜各约为59日,也就是说,金星上一昼夜相当于地球上的117日。在下合(即金星位于地球和太阳之间)时,它离地球比其他大行星都近,在4千2百万公里以内。有时金星下合时会从太阳的圆面上经过,这种现象称为金星凌日(注1)。金星凌日是一种比较罕见的天文现象,曾被用来测定天文单位的准确值。
 从大小和质量来看,金星和地球差不多。金星的直径只比地球小653公里,为12103公里;金星的质量约是地球的81%。然而,在其他方面,金星与地球却很少有相似之处了。金星完全被一层厚云包围,云中主要含有浓硫酸微滴。主云层从表面之上约45公里一直延伸到70公里左右的空间。薄雾从厚云的最低层往下延伸几千米,并从最高层向上漫延约20公里。用紫外光观察,某些云顶区域呈现暗色,可能是由于二氧化硫、氯化硫、氯或固态硫的存在所致。
金星的表面因有浓密的大气保护,相对说来,地势比较平坦,不像月球、水星、火星那样有众多的环形山。金星上也有一些山或山脉,其中有的火山直径可达数百公里,但一般都不太高。它的赤道区有一些像火山口那样的大而浅的圆形圈,还有一条自南向北穿过赤道的长达 1,200公里的大裂谷。金星大部分表面上有一层覆盖物,其厚度一般不超过一米。在这层覆盖物下面主要是玄武岩、火成岩等岩石。金星的表面温度很高,不存在任何液态水,加上极高的大气压力和严重缺氧等严酷的自然条件,当然不可能有任何类似地球上的动、植物存在。
关于金星的内部结构,还没有直接的资料,从理论推算得出,金星的内部结构和地球相似,有一个半径约3,100公里的铁-镍核,中间一层是主要由硅、氧、铁、镁等的化合物组成的“幔”,而外面一层是主要由硅化合物组成的很薄的“壳”。
金星大气的成分和地球大气的完全不同。空间探测器的测量表明二氧化碳占组成物质的96%以上,致使金星大气具有极大的密度;氮占3.5%;还有微量的氩、水蒸气、一氧化碳、氦和一氧化硫。浓密的大气和厚的云盖,有力地抓住射入的太阳能,使金星的表面温度高达460摄氏度左右,成为太阳系中所有行星上温度最高的一个。在离金星表面30~40公里处,密布着厚达25公里的浓云,它可以反射掉75%左右的入射的太阳光。浓云是由微米量级大小的浓硫酸雾组成的,在云层外面则基本上是原子氧。金星大气的二氧化碳产生非常强烈的温室效应,使金星表面温度高达465~485℃,而且基本上没有地区、季节、昼夜的区别。金星探测器测知,北极区的温度反比阳光照射的赤道地区高10℃左右。随着高度的增加,大气中的温度下降,到大气层顶温度为-55℃。接近金星表面的低层大气一般比较宁静,风速仅每秒2米左右,但是,在大气层顶却存在着与自转方向相同的、速度高达320公里/小时的大环流。
金星和其他大行星不同,它从东到西逆向自转,缓慢地每243日绕轴自转一周。金星自转轴相对它绕日公转的轨道平面的倾角仅为3度。这些事实表明,其季节变化必然很不明显。太阳供热以及金星的缓慢自转导致产生一个大气环流,其中由于受热,空气在赤道带上升,缓慢地移向高纬度地带,再到达两极地区,随后,空气变冷而下沉,然后沿地表返回赤道带。这样一个简单的样式,若在快速旋转地球上,则会是完全不稳定的。金星上也有明显可见的不稳定性,它表现为强烈的波动样式,并改变上述简单的状况。大气的转速也随着从表面到上层大气的高度面增大。这样一来,观测到的云层面积在4个地球日内,绕金星赤道运行一周。
金星表面的大气压约为地球的90倍,而且有非常频繁的放电现象。金星探测器就曾记录到一次持续15分钟的大闪电。稠密的金星大气还造成了一种奇特的光学现象,即大气折射能使接近地平线的太阳光弯曲达 180°,因此,在金星上,即使背朝太阳也可欣赏“日落东山”的奇景。
金星基本上没有磁场(强度不到地磁场的万分之一),也未发现有辐射带。太阳风、紫外线和 X射线均可穿入大气深处,使部分大气电离,造成一个很薄的金星电离层,它离金星表面很近。在夜间电离层的电子密度很小。
1961年以来,苏联和美国先后发射了14个行星际探测器飞向金星。最早是前苏联在1961年2月发射“金星”1号。美国在1962年8月27日发射的“水手”2号(注2)于同年12月24日到达金星附近,与金星最近距离为34,833公里。前苏联在1967年6月发射的“金星”4号的飞行舱于同年10月18日首次进入金星大气,撞在金星的表面上。1975年6月前苏联发射的“金星”9号和“金星”10号,分别于同年10月22日和25日到达金星,并在金星表面上实现了软着陆,获得了第一批金星全景遥测照片。1978年,美国发射了“先驱者-金星”1号和2号,苏联发射了“金星”11号和12号。这四个行星际探测器都在1978年12月到达金星附近,共发出7个着陆舱降落到金星表面进行综合科学考察,大大增加了人们对金星的知识。
前苏联的“金星”号探测器在20世纪70年代和80年代取得了金星表面外貌和组成的详细信息(注3)
。照片揭示,金星平原上遍布扁平的岩石,以及颜色较暗的细颗粒状土壤。“金星”13号和“金星”14号探测器所测定的表面成分近似于地球上的玄武岩。

在“金星”号以及美国的“先锋”号、“麦哲伦”号的任务中,用雷达绘制的金星地貌图显示出复杂的地质结构和多变的地形地貌金象征表面的大部分是绵延起伏的平原,另有几处低洼地带和两处大陆规模的高原。在伊希塔尔大陆的东部有一串巨大的高山称为麦克斯韦山脉,比金星表面的平均高度高出1万米以上。其他的地貌有陨石撞击的环形山,大裂谷,断层、裂缝、火山等等。其中许多地形结构均与火山活动有关。总的来看,金星地貌不像是那种使地球大部分表面成形的地壳板块构造的活动。证据表明,金星和地球一样,现正是一个地质流动体。















以上图片是用探测器拍摄的雷达图片处理而成的






以上图片显示了金星的相位变化。图片还显示了金星表面浓云密布的状况
















以上是探测器拍摄的金星局部地形雷达图片















以上是根据雷达探测数据经计算机处理生成的金星局部立体地貌,其中可见熔岩涌出。
注1:


凌日是指地球轨道以内的行星经过日面的现象。水星和金星距离太阳比地球距离太阳近,在绕日运行过程中有时会处在太阳与地球之间,这时,地球上的观测者可看到一小黑圆点在日面缓慢移动,这就是凌日现象。水星和金星的轨道分别与黄道有7°和3°4的倾角,所以并不是每次合日都发生凌日,只有当水星或金星和地球同时都很接近升、降交点时才发生。地球经过水星升交点在11月10日前后,经过水星降交点在5月8日前后,所以水星凌日只能发生在这两个日期附近;同样,金星凌日也只能发生在12月9日和6月7日附近。每100年平均发生水星凌日13次,发生在11月的有9次,在5月的有4次。二十世纪八十和九十年代发生水星凌日的日期是1986年11月13日、1993年11月 6日和1999年11月15日。发生金星凌日的机会甚少。上次金星凌日发生在1882年 12月6日,下两次将发生在2004年6月8日和2012年6月6日。一两图中日面中的小黑点即为金星。


注2:


“水手”号探测器是美国发射到金星、火星和水星附近的一系列不载人的航天探测器。其中“水手”2号是世界上第一只成功的星际间探测器。它发射于1962年8月27日。“水手”2号和“水手”5号(1967年)分别在离金星34000公里和4023公里距离内飞越金星,对它的温度和大气密度进行了测量。这些探测器还飞越水星、火星,并发回很多珍贵资料和图片。图为“水手”2号。

注3:


1975年6月,前苏联发射了金星9号、10号两颗探测器。同年10月22日,金星9号探测器成功着陆。它有53分钟工作时间,向地球传回一幅图像(上)。10月25日,金星10号成功着陆,它工作了65分钟并返回了这幅图片(下)。图片底部是探测器局部,图片上面左右角可见地平线。

金星13号探测器在1982年3月1日着陆后拍摄的彩色图片。探测器在金星表面坚持工作了两个小时。图中可见片状岩石和土壤。图片下部是探测器的局部。


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