云遮霧罩的太白金星

　　金星猶如一顆耀眼的鉆石，是天幕上最亮的星星。金星在我國古代稱為太白，早上出現在東方時又叫啟明星、曉星、明星，傍晚出現在西方時也叫長庚星、黃昏星。在希臘與羅馬神話中，金星是愛與美的化身。羅馬人稱金星為維納斯（Venus），維納斯是愛神、美神，同時又是執掌生育與航海的女神（圖1）；在希臘神話中她叫阿佛洛狄忒（Aphrodite）——愛與美的女神，金星的圖騰符號是維納斯女神化妝臺的鏡子（圖2）。金星一直都被稠密卷曲的云層籠罩在神秘的面紗中。
　　金星之謎1. 天穹中最亮的星星
　　金星是一個普通的、體積很小的行星，不是發光發熱的恒星，但卻是最亮的星星。太陽系的類地行星按照距離太陽由近而遠的順序，依次是水星、金星、地球與火星。金星的半徑約為6073千米，只比地球半徑小300千米，體積是地球的88%，質量為地球的87%，平均密度為地球的95%，在類地行星中，金星與地球的大小、質量最接近，金星是地球的姊妹星（圖3）。金星比地球更靠近太陽，在金星上看太陽，太陽的大小比地球上看到的大1.5倍，金星的位置接受太陽的光和熱的輻射常數比地球大1.9倍。由于金星被一層稠密的100多千米厚度的大氣層所包裹，特別是距離金星表面47—70千米高度的白中透黃的反光云層，使到達金星的陽光大約70%被反射到太空，使金星在天穹中成為最亮的星星，甚至比最亮的恒星天狼星還要亮。
　　
　　金星周圍有濃密的大氣和云層，金星的大氣壓強非常大，為地球的90—99倍，相當于地球海洋中1千米深度時的壓強。在100多千米厚的金星大氣層中，夾有一層厚達20到30千米厚的濃硫酸組成的濃云，使金星的天空呈現橙黃色，經常下硫酸雨。這些云層擋住了各種光學望遠鏡對金星表面的觀察，往往只能觀察到金星表面的云層呈現的帶狀風系統，這種帶狀風是太陽照射所造成的對流（圖4）。
　　上世紀60年代初以來，美國和前蘇聯分別發射了“水手號”和“金星號”等一系列探測器，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，但是對金星面貌的了解仍然模糊不清。 1991年，美國發射的軌道飛行器“麥哲倫號”繞金星運行，成功應用合成孔徑雷達對金星表面成像，首次獲得分辨率為300m覆蓋金星表面99%的圖像（圖5），金星的面容才真實地顯露出來。
　　 3. 一天的時間比一年還長
　　金星繞太陽運行軌道接近于正圓，金星公轉的軌道面與黃道面接近重合，公轉周期為224.701個地球日。金星的自轉速度很慢，自轉周期為243.01個地球日。金星公轉一周為金星的“一年”，自轉一周為金星的“一天”，金星 “一天”的時間比金星 “一年”的時間還要長18.3個地球日。
　　 4. 反向自轉
　　太陽系的行星（金星除外）自轉的方向與公轉的方向（反時針方向）一致，唯有金星是反向自轉（順時針方向），自轉與公轉的方向相反（圖6），因而在金星上太陽是西升東落，與地球上的太陽是東升西落完全相反。圖6示意表示太陽系8大行星的自轉軸與垂直黃道面法線的夾角和自轉方向，8大行星的自轉軸與黃道面都不是垂直的，水星接近垂直，其他行星的自轉軸與垂直黃道面法線都有大小不等的夾角。一般的解釋是當太陽系各行星形成不久，受到不同大小、速度和入射角的小行星撞擊，使受到撞擊的各個行星的自轉軸不同程度的傾斜，甚至像金星那樣倒轉。理論計算各個行星的自轉軸不同程度的傾斜并不困難，但要找到撞擊的科學證據還有待進一步研究。
　　 5. 金星大氣層中大量的二氧化碳、硫化氫和二氧化硫來自何方？
　　金星的大氣主要由CO2(96.5%)和N2（3.5%）組成，還有極痕量的H2O、SO2和H2S。地球的大氣主要由N2(78.1%）和O2(21.0%)組成，CO2只占0.033%。為什么大小和質量相近的金星與地球，大氣的成分差別極大？在太陽系形成初期，類地行星（水星、金星、地球、火星）的原始大氣層中的氣體都被強烈的太陽風驅趕殆盡，行星的大氣層是通過初期行星大面積的火山爆發噴發出來的火山氣體組成，類地行星的大氣層是次生的。在類地行星中，地球和金星的質量最大，可以將更多的內部排出的氣體“束縛”在它們表面，因此它們的大氣有著復雜的組成和較大的密度。
　　
　　
　　地球的大氣層經歷了火山噴氣為主要成分的火山大氣層，逐步演化為二氧化碳大氣層和氮-氧大氣層。地球的大氣層與海洋呈現出相互協調發展的特征。金星大氣層與地球大氣層的演化完全不同，金星的火山排氣過程與地球相似，排氣過程也會釋放出大量CO2、SO2、H2S和H2O，但由于金星距太陽較近，H2O很快被光解，氫進入空間逃逸，氧則與金星的表面物質發生氧化反應。由于溫室效應不斷加劇，金星表面始終沒有形成過水體，CO2始終殘留在大氣層內，更加劇了溫室效應，因此金星大氣是富含CO2的極稠密的大氣層，高達90多個大氣壓。金星內部排出的強酸性氣體（如SO2、H2S和Cl2等），在大氣循環中形成酸性稠密的濃云和沉降強腐蝕性的酸雨。
　　
　　
　　 6. 金星的表面達到450o- 480oC的高溫
　　溫室效應是指在透射陽光的密閉空間內，由于與外界缺乏熱交換而形成的保溫效應。金星的大氣密度是地球大氣的90倍，且大氣中97%以上的二氧化碳是“保溫氣體”。 二氧化碳只許太陽光通過，卻不讓熱量散發到太陽系空間。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450至480℃，并且基本上沒有地區、季節和晝夜的差別。金星大氣中還有一層厚達20～30千米由濃硫酸組成的濃云，濃云一方面阻止金星表面熱量的散發，增強了溫室效應；但是另一方面濃云把70%入射的陽光都反射回了太空，使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，因而大大減弱了金星的溫室效應。如果金星沒有這些濃云層，金星表面的溫度還會更高。
　　 7. 表面的撞擊坑比別的行星和衛星少
　　太陽系中高速運行的小天體撞擊金星，首先要通過金星稠密而濃厚的大氣層，絕大多數小型的小行星或彗星在金星大氣層中氣化、熔融甚至爆炸而不能到達金星表面，因而在金星表面很難發現直徑小于3千米的撞擊坑。當較大體積的小天體高速通過金星大氣層時，表面不斷受到高溫消融和氣化作用，質量損失比較多，使小天體的質量和體積迅速減小，運行速度大大降低，因而在金星表面直徑大于300千米的撞擊坑也沒有發現。金星表面最大的Mead撞擊坑，直徑為275千米。金星表面大型撞擊坑的成坑率只有月球的10%。金星表面近85%的面積被火山噴發的熔巖流覆蓋，也掩埋和破壞了一些撞擊坑。上述因素的綜合，使金星表面的撞擊坑比別的行星和衛星少。
　　 8. 太陽系中擁有火山數量最多的行星
　　根據“麥哲倫”號雷達的探測數據，表明至少85%的金星表面被火山噴發的熔巖流覆蓋，顯示金星在距今的8—10億年以來，火山活動仍很活躍。在金星表面發現有幾百個大型火山地貌，還零星分布著十多萬座小型火山，金星是太陽系中擁有火山數量最多的行星。金星表面古老的地形地貌和地質構造特征絕大部分被后期的熔巖流覆蓋，為分析研究金星的地質構造演化歷史帶來了更大的困難。（圖7）
　　在地球上，有些火山爆發時由于內部含有大量的氣體和水，將促使火山熔巖劇烈噴發。金星的火山熔巖里缺乏水，再由于金星表面的大氣壓很高，金星的火山似乎沒有劇烈爆發和噴射火山灰的跡象，只發現熔巖流的溢出和流淌。根據“麥哲倫”號雷達的探測，85%的金星表面覆蓋著火山熔巖流，大量的火山熔巖流經幾百千米，填滿低地，形成了廣闊的平原。
　　 9. 沒有板塊運動
　　按照地球的板塊構造理論，板塊運動的發現是源于海底擴張，大陸漂移；板塊運動的機制是剛性的巖石圈板塊在軟流圈對流的驅動下產生漂移。在板塊交界處板塊碰撞造山，巖石圈板塊插入軟流圈，火山-地震帶的形成等。金星的內部結構，目前直接探測資料極少，只能參照地球內部結構推測金星內部有一個半徑約3100 km的鐵-鎳核，中間一層是主要由硅、氧、鐵、鎂等化合物組成的幔，而外面一層是主要由硅、鋁、氧化合物組成的很薄的殼。來自“麥哲倫號”探測金星的數據表明，金星的“地殼”比起原來所認為的更厚也更堅固。金星沒有海洋，更沒有發現海底擴張產生的對稱磁條，沒有線性的火山鏈，沒有明顯的板塊消亡地帶等。推測金星沒有像地球那樣產生過可移動的板塊構造。
　　 10. 大氣超旋
　　
　　金星自轉速度很慢，自轉一周的時間為243.01個地球日，金星赤道處的自轉速度為每秒1.81米。金星表面大氣的風速只有每秒1米或更小，隨著高度的增加，金星大氣旋轉的速度增大。在16千米高度時，大氣的旋轉速度達到每秒20米，大大超過金星自轉的速度。在70千米高度大氣的旋轉速度大約為每秒100米，繞金星一周旋轉的周期只有4—5個地球日。如此快速轉動的上層大氣，稱為“超旋”，至今仍是個令人不解的謎團。
　　金星警示
　　金星是一顆神秘的行星。金星的天空呈橙黃色，高空云層濃密，雷鳴閃電，陰森恐怖；金星表面高溫高壓，火山熔巖流淌，強酸雨沉降，沒有海洋，沒有河流，沒有一滴水；金星沒有任何生命活動的跡象，是一個嚴酷的、死寂的世界。
　　地球是宇宙的驕子，是一個天緣巧合、得天獨厚的幸運行星，地球上的人類建立了高度文明的社會。令人焦慮的是隨著人口的增長，資源與能源的過度消耗與匱乏，生物多樣性的銳減，生態環境惡化與日俱增；溫室氣體排放的增長，導致了全球氣候變暖，海平面上升，極地冰雪融化，氣象災害頻發。
　　地球似乎在走向金星！今天的金星會不會成為明天的地球？
　　當然，地球的生態環境不可能完全重蹈金星的覆轍。金星的警示要我們人類肩負起保護地球，關愛我們的地球家園，改善和重建地球的生態環境，才能使人類社會永遠持續、和諧發展。