夜空中最亮的星——金星(Venus)
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2024-02-21
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相信很多朋友都听过逃跑计划的一首歌《夜空中最亮的星》,实际上,当我们抬头仰望星空时,也会看到一颗最亮的星,那就是太阳系中八大行星之一的金星。
金星是离太阳最近的第二颗行星,它是一个岩石行星,拥有太阳系中所有岩石类天体中最浓密的大气层,也是质量和大小最接近其轨道邻居地球的行星。作为地球轨道内部的行星(位于地球轨道内部),金星在地球的天空中总是靠近太阳,常被称为晨星或晚星,金星在中国古代称为太白、明星或大嚣,早晨出现于东方称启明,晚上出现于西方称长庚。到西汉时期,《史记天官书》作者司马迁从实际观测发现太白为白色,与五行学说联系在一起,正式把它命名为金星。虽然水星也在地球内侧,但金星的亮度更加显眼,它是天空中亮度仅次于月球和太阳的天体,是名副其实的夜空中最亮的星。在地球天空中,比任何其他行星或恒星都要亮。金星在人类文化和天文学中历史上一直是一个常见且重要的天体。
金星拥有浓密的大气拥有特别浓密的二氧化碳大气层,与其全球硫酸云层一起,产生了极端的温室效应。这导致了地表平均温度达到了737K(464°C;867°F),表面压力是地球海平面压力的92倍,使得大气成为一个超临界流体。但在海拔50公里(30英里)的云层高度,压力、温度和辐射条件非常类似于地球表面。金星的自转受到其强大的大气环流和阻力的影响而减缓,并逆转了其轨道方向(逆行)。这个自转与金星绕太阳公转一周所需的224.7地球日(即一个金星太阳年)相结合,形成了一个金星太阳日长达117地球日,导致金星年只略短于两个金星日长。
物理特性
金星是太阳系中的四颗类地行星之一,也就是说,它是像地球一样的岩石行星。金星在大小和质量上与地球相似,常被描述为地球的孪生姐妹。由于其自转速度较慢,金星接近于球形。金星直径为12,103.6公里,仅比地球少638.4公里,质量为地球的81.5%。金星表面的条件与地球截然不同,因为其密集大气中96.5%是二氧化碳,剩余的3.5%大部分是氮气。 表面气压为9.3兆帕(93巴),平均表面温度为737K(464°C;867°F),高于两种主要成分的临界点,使得表面大气主要由超临界二氧化碳和少量超临界氮气组成的超临界流体。
大气层和气候环境
金星拥有浓密的大气层,其组成为96.5%的二氧化碳和3.5%的氮气,二者都以超临界流体的形式存在于该行星表面,并含有6.5%的水。此外,还有少量的二氧化硫等气体存在。金星的大气质量是地球大气的92倍,表面的气压约为地球的93倍,相当于地球海洋表面深约1公里)的深度处的压力。金星表面的密度为65千克/立方米,是地球海平面处(20°C)大气密度的50倍。富含二氧化碳的大气层造成了太阳系中最强烈的温室效应,导致金星表面温度至少达到735K(462°C)。 这使得金星表面比水星还要炽热,后者的最低表面温度为53K(−220°C),最高表面温度为700K(427°C),尽管金星离太阳的距离几乎是水星的两倍,因此只接收到水星太阳辐射的25%。由于其失控的温室效应,金星被科学家们如卡尔·萨根等视为与地球气候变化相关的警示和研究对象。
研究表明,在数十亿年前,金星的大气可能更接近早期地球的大气,地表可能有大量液态水存在。经过6亿到数十亿年的时间后,太阳辐射逐渐升高以及可能的大规模火山重塑导致了原有水的蒸发和形成现在的大气层。一旦大气中达到了温室气体(包括水)的临界含量,就产生了失控的温室效应。尽管金星表面的条件不再适宜支持任何在此事件之前可能存在的类地球生命,但有关于金星上云层中存在生命的推测,因为在离地表50公里的高空处,大气条件最类似于太阳系中的地球, 温度介于303和353K(30到80°C)之间,气压和辐射与地球表面大致相同,但云层呈酸性,大气中含有二氧化碳。 2020年9月对金星大气中磷化氢吸收线的猜测性检测表明,没有已知的无生物生成途径,这引发了关于大气中是否存在现存生命的猜测。
由于金星表面的恶劣条件,使得生命几乎不可能在上面生存,除了目前所理解的生命在宇宙中的其他部分可能并非相同之外,地球生命本身的韧性程度尚未得到证明。地球上存在称为极端嗜好生物的生物,它们喜欢极端的生存环境。耐热菌和超耐热菌可以在温度超过水的沸点时茁壮生长,酸性菌可以在pH值为3或更低的环境中茁壮生长,然而金星的表面温度(超过450°C)远远超出了极端嗜好生物的范围,后者的范围仅在100°C左右的温度范围之外。
地貌特征
金星表面约80%被平坦的火山平原覆盖,其中包括70%带有褶皱脊的平原和10%平坦或弯曲的平原。其余部分由两个大陆组成,一个位于行星北半球,另一个位于赤道以南。北部大陆以巴比伦女神伊什塔尔命名,面积约相当于澳大利亚大小。金星最高的山峰Maxwell Montes位于伊什塔尔大陆上,峰顶距离金星平均地表高度有11公里(7英里)之差。南部大陆名为阿芙罗狄蒂特拉,以希腊神话中的爱神阿芙罗狄蒂命名,是两个高地地区中更大的一个,大约相当于南美洲大小。这个区域大部分被一系列的裂缝和断层所覆盖。
可见的火山口没有熔岩流的证据,这仍然是个谜。金星上几乎没有撞击坑,表明其地表相对年轻,年龄大约为3-6亿年。除了岩石行星常见的撞击坑、山脉和峡谷外,金星表面还有一些独特的地貌特征。其中包括被称为法拉(farra)的平顶火山地貌,看起来有些像煎饼,直径在20到50公里之间,高度在100到1,000米之间;星状的辐射状断裂系统被称为新星(novae);既有辐射状又有同心圆断裂的地貌,形似蜘蛛网,被称为蜘蛛地形(arachnoids);还有冠形(coronae),是一种由环形断裂环绕的圆环地形。这些特征都是由火山活动造成的。
内部结构
由于缺乏反射地震学的数据和对其转动惯量的了解,我们对金星内部结构和地球化学知之甚少。金星和地球在大小和密度上的相似性表明它们可能具有类似的内部结构:核、地幔和地壳。和地球一样,金星的核很可能至少部分是液态的,因为这两个行星的冷却速度大致相同,尽管完全固态的核也不能被排除。金星略小的尺寸意味着其深部内部的压力比地球低24%。基于行星模型预测的转动惯量值表明金星的核半径为2,900至3,450公里。这与基于观测的首个估算值3,500公里相吻合。
这两颗行星的主要区别在于金星上缺乏板块构造的证据,可能是因为其地壳过于坚硬而无法在没有水的情况下俯冲至地幔下,使其粘度降低。这导致行星散热减少,阻止其冷却并可能解释了金星缺乏内部产生的磁场的原因。相反,金星可能会通过定期的大规模表面重塑事件来散失内部热量。
可观测性和相位变化
肉眼观察时,金星呈现为一颗白色的光点,比其他行星或者恒星都要明亮。该行星的平均视星等为-4.14,标准偏差为0.31。在月球相位处于新月前后一个月左右的月相时,金星的亮度最大。金星被太阳背光时其亮度会衰减至约-3等。金星足够明亮,甚至在白昼也可以看到,但在太阳低于地平线或日落时更容易观察到。作为一颗内行星,金星总是位于太阳约47°的范围内。
与月球相似,金星也有相位变化。当金星绕太阳公转时,会呈现出类似月球的不同相位。在望远镜中观察时,当金星位于太阳的相反一侧(处于最大角距离)时,该行星呈现为一个小而圆满的圆盘。金星在其最大距离太阳时,会显示出更大的圆盘和四分相,在夜空中看起来最明亮。当金星位于地球和太阳之间的近侧经过时,在望远镜视野中呈现出更大的薄弱新月形。金星在地球和太阳之间(处于最小角距离)时,呈现出最大的大小和新相。通过望远镜,可以看到太阳光在金星周围折射形成的光晕,显示出金星的大气层。这些相位在4英寸望远镜中可以清晰地观察到。
人类探测器对金星的探测
由于金星和地球之间的重力势能差异是太阳系中任意一对行星中最低的,这使得金星成为了最易接近和最具吸引力的行星,也是星际飞行中最理想的引力助推点。直到目前为止,已经有大约46次太空任务(包括重力助推飞越)前往金星。这些任务的目的是深入探索金星,研究其大气、表面特征、地质结构和气候等方面的信息。这些任务的种类和目的各不相同,有的是轨道飞行器,有的是着陆探测器,还有的是进行飞越观测。这些任务包括了苏联和俄罗斯、美国、欧洲航天局(ESA)、日本、印度和其他国家和地区的航天机构的探测器和任务。这些任务旨在获取更多关于金星的数据,以帮助科学家更深入地了解这颗行星。
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相信很多朋友都听过逃跑计划的一首歌《夜空中最亮的星》,实际上,当我们抬头仰望星空时,也会看到一颗最亮的星,那就是太阳系中八大行星之一的金星。
金星是离太阳最近的第二颗行星,它是一个岩石行星,拥有太阳系中所有岩石类天体中最浓密的大气层,也是质量和大小最接近其轨道邻居地球的行星。作为地球轨道内部的行星(位于地球轨道内部),金星在地球的天空中总是靠近太阳,常被称为晨星或晚星,金星在中国古代称为太白、明星或大嚣,早晨出现于东方称启明,晚上出现于西方称长庚。到西汉时期,《史记天官书》作者司马迁从实际观测发现太白为白色,与五行学说联系在一起,正式把它命名为金星。虽然水星也在地球内侧,但金星的亮度更加显眼,它是天空中亮度仅次于月球和太阳的天体,是名副其实的夜空中最亮的星。在地球天空中,比任何其他行星或恒星都要亮。金星在人类文化和天文学中历史上一直是一个常见且重要的天体。
金星拥有浓密的大气拥有特别浓密的二氧化碳大气层,与其全球硫酸云层一起,产生了极端的温室效应。这导致了地表平均温度达到了737K(464°C;867°F),表面压力是地球海平面压力的92倍,使得大气成为一个超临界流体。但在海拔50公里(30英里)的云层高度,压力、温度和辐射条件非常类似于地球表面。金星的自转受到其强大的大气环流和阻力的影响而减缓,并逆转了其轨道方向(逆行)。这个自转与金星绕太阳公转一周所需的224.7地球日(即一个金星太阳年)相结合,形成了一个金星太阳日长达117地球日,导致金星年只略短于两个金星日长。
物理特性
金星是太阳系中的四颗类地行星之一,也就是说,它是像地球一样的岩石行星。金星在大小和质量上与地球相似,常被描述为地球的孪生姐妹。由于其自转速度较慢,金星接近于球形。金星直径为12,103.6公里,仅比地球少638.4公里,质量为地球的81.5%。金星表面的条件与地球截然不同,因为其密集大气中96.5%是二氧化碳,剩余的3.5%大部分是氮气。 表面气压为9.3兆帕(93巴),平均表面温度为737K(464°C;867°F),高于两种主要成分的临界点,使得表面大气主要由超临界二氧化碳和少量超临界氮气组成的超临界流体。
大气层和气候环境
金星拥有浓密的大气层,其组成为96.5%的二氧化碳和3.5%的氮气,二者都以超临界流体的形式存在于该行星表面,并含有6.5%的水。此外,还有少量的二氧化硫等气体存在。金星的大气质量是地球大气的92倍,表面的气压约为地球的93倍,相当于地球海洋表面深约1公里)的深度处的压力。金星表面的密度为65千克/立方米,是地球海平面处(20°C)大气密度的50倍。富含二氧化碳的大气层造成了太阳系中最强烈的温室效应,导致金星表面温度至少达到735K(462°C)。 这使得金星表面比水星还要炽热,后者的最低表面温度为53K(−220°C),最高表面温度为700K(427°C),尽管金星离太阳的距离几乎是水星的两倍,因此只接收到水星太阳辐射的25%。由于其失控的温室效应,金星被科学家们如卡尔·萨根等视为与地球气候变化相关的警示和研究对象。
研究表明,在数十亿年前,金星的大气可能更接近早期地球的大气,地表可能有大量液态水存在。经过6亿到数十亿年的时间后,太阳辐射逐渐升高以及可能的大规模火山重塑导致了原有水的蒸发和形成现在的大气层。一旦大气中达到了温室气体(包括水)的临界含量,就产生了失控的温室效应。尽管金星表面的条件不再适宜支持任何在此事件之前可能存在的类地球生命,但有关于金星上云层中存在生命的推测,因为在离地表50公里的高空处,大气条件最类似于太阳系中的地球, 温度介于303和353K(30到80°C)之间,气压和辐射与地球表面大致相同,但云层呈酸性,大气中含有二氧化碳。 2020年9月对金星大气中磷化氢吸收线的猜测性检测表明,没有已知的无生物生成途径,这引发了关于大气中是否存在现存生命的猜测。
由于金星表面的恶劣条件,使得生命几乎不可能在上面生存,除了目前所理解的生命在宇宙中的其他部分可能并非相同之外,地球生命本身的韧性程度尚未得到证明。地球上存在称为极端嗜好生物的生物,它们喜欢极端的生存环境。耐热菌和超耐热菌可以在温度超过水的沸点时茁壮生长,酸性菌可以在pH值为3或更低的环境中茁壮生长,然而金星的表面温度(超过450°C)远远超出了极端嗜好生物的范围,后者的范围仅在100°C左右的温度范围之外。
地貌特征
金星表面约80%被平坦的火山平原覆盖,其中包括70%带有褶皱脊的平原和10%平坦或弯曲的平原。其余部分由两个大陆组成,一个位于行星北半球,另一个位于赤道以南。北部大陆以巴比伦女神伊什塔尔命名,面积约相当于澳大利亚大小。金星最高的山峰Maxwell Montes位于伊什塔尔大陆上,峰顶距离金星平均地表高度有11公里(7英里)之差。南部大陆名为阿芙罗狄蒂特拉,以希腊神话中的爱神阿芙罗狄蒂命名,是两个高地地区中更大的一个,大约相当于南美洲大小。这个区域大部分被一系列的裂缝和断层所覆盖。
可见的火山口没有熔岩流的证据,这仍然是个谜。金星上几乎没有撞击坑,表明其地表相对年轻,年龄大约为3-6亿年。除了岩石行星常见的撞击坑、山脉和峡谷外,金星表面还有一些独特的地貌特征。其中包括被称为法拉(farra)的平顶火山地貌,看起来有些像煎饼,直径在20到50公里之间,高度在100到1,000米之间;星状的辐射状断裂系统被称为新星(novae);既有辐射状又有同心圆断裂的地貌,形似蜘蛛网,被称为蜘蛛地形(arachnoids);还有冠形(coronae),是一种由环形断裂环绕的圆环地形。这些特征都是由火山活动造成的。
内部结构
由于缺乏反射地震学的数据和对其转动惯量的了解,我们对金星内部结构和地球化学知之甚少。金星和地球在大小和密度上的相似性表明它们可能具有类似的内部结构:核、地幔和地壳。和地球一样,金星的核很可能至少部分是液态的,因为这两个行星的冷却速度大致相同,尽管完全固态的核也不能被排除。金星略小的尺寸意味着其深部内部的压力比地球低24%。基于行星模型预测的转动惯量值表明金星的核半径为2,900至3,450公里。这与基于观测的首个估算值3,500公里相吻合。
这两颗行星的主要区别在于金星上缺乏板块构造的证据,可能是因为其地壳过于坚硬而无法在没有水的情况下俯冲至地幔下,使其粘度降低。这导致行星散热减少,阻止其冷却并可能解释了金星缺乏内部产生的磁场的原因。相反,金星可能会通过定期的大规模表面重塑事件来散失内部热量。
可观测性和相位变化
肉眼观察时,金星呈现为一颗白色的光点,比其他行星或者恒星都要明亮。该行星的平均视星等为-4.14,标准偏差为0.31。在月球相位处于新月前后一个月左右的月相时,金星的亮度最大。金星被太阳背光时其亮度会衰减至约-3等。金星足够明亮,甚至在白昼也可以看到,但在太阳低于地平线或日落时更容易观察到。作为一颗内行星,金星总是位于太阳约47°的范围内。
与月球相似,金星也有相位变化。当金星绕太阳公转时,会呈现出类似月球的不同相位。在望远镜中观察时,当金星位于太阳的相反一侧(处于最大角距离)时,该行星呈现为一个小而圆满的圆盘。金星在其最大距离太阳时,会显示出更大的圆盘和四分相,在夜空中看起来最明亮。当金星位于地球和太阳之间的近侧经过时,在望远镜视野中呈现出更大的薄弱新月形。金星在地球和太阳之间(处于最小角距离)时,呈现出最大的大小和新相。通过望远镜,可以看到太阳光在金星周围折射形成的光晕,显示出金星的大气层。这些相位在4英寸望远镜中可以清晰地观察到。
人类探测器对金星的探测
由于金星和地球之间的重力势能差异是太阳系中任意一对行星中最低的,这使得金星成为了最易接近和最具吸引力的行星,也是星际飞行中最理想的引力助推点。直到目前为止,已经有大约46次太空任务(包括重力助推飞越)前往金星。这些任务的目的是深入探索金星,研究其大气、表面特征、地质结构和气候等方面的信息。这些任务的种类和目的各不相同,有的是轨道飞行器,有的是着陆探测器,还有的是进行飞越观测。这些任务包括了苏联和俄罗斯、美国、欧洲航天局(ESA)、日本、印度和其他国家和地区的航天机构的探测器和任务。这些任务旨在获取更多关于金星的数据,以帮助科学家更深入地了解这颗行星。
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