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(xiàn)在東方時又叫啟明星、曉星、明星，傍晚出現(xiàn)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(zhí)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(fā)光發(fā)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(yuǎn)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(zhì)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(zhì)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(shù)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(dá)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(qiáng)非常大，為地球的90—99倍，相當(dāng)于地球海洋中1千米深度時的壓強(qiáng)。在100多千米厚的金星大氣層中，夾有一層厚達(dá)20到30千米厚的濃硫酸組成的濃云，使金星的天空呈現(xiàn)橙黃色，經(jīng)常下硫酸雨。這些云層擋住了各種光學(xué)望遠(yuǎn)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(xiàn)的帶狀風(fēng)系統(tǒng)，這種帶狀風(fēng)是太陽照射所造成的對流（圖4）。
　　上世紀(jì)60年代初以來，美國和前蘇聯(lián)分別發(fā)射了“水手號”和“金星號”等一系列探測器，迄今為止發(fā)往金星或路過金星的各種探測器已經(jīng)超過40個，獲得了大量的有關(guān)金星的科學(xué)資料，但是對金星面貌的了解仍然模糊不清。 1991年，美國發(fā)射的軌道飛行器“麥哲倫號”繞金星運行，成功應(yīng)用合成孔徑雷達(dá)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(zhuǎn)的軌道面與黃道面接近重合，公轉(zhuǎn)周期為224.701個地球日。金星的自轉(zhuǎn)速度很慢，自轉(zhuǎn)周期為243.01個地球日。金星公轉(zhuǎn)一周為金星的“一年”，自轉(zhuǎn)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(zhuǎn)
　　太陽系的行星（金星除外）自轉(zhuǎn)的方向與公轉(zhuǎn)的方向（反時針方向）一致，唯有金星是反向自轉(zhuǎn)（順時針方向），自轉(zhuǎn)與公轉(zhuǎn)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(zhuǎn)軸與垂直黃道面法線的夾角和自轉(zhuǎn)方向，8大行星的自轉(zhuǎn)軸與黃道面都不是垂直的，水星接近垂直，其他行星的自轉(zhuǎn)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(dāng)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(zhuǎn)軸不同程度的傾斜，甚至像金星那樣倒轉(zhuǎn)。理論計算各個行星的自轉(zhuǎn)軸不同程度的傾斜并不困難，但要找到撞擊的科學(xué)證據(jù)還有待進(jìn)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(zhì)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(qiáng)烈的太陽風(fēng)驅(qū)趕殆盡，行星的大氣層是通過初期行星大面積的火山爆發(fā)噴發(fā)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(zhì)量最大，可以將更多的內(nèi)部排出的氣體“束縛”在它們表面，因此它們的大氣有著復(fù)雜的組成和較大的密度。
　　
　　
　　地球的大氣層經(jīng)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(xiàn)出相互協(xié)調(diào)發(fā)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(jìn)入空間逃逸，氧則與金星的表面物質(zhì)發(fā)生氧化反應(yīng)。由于溫室效應(yīng)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(nèi)，更加劇了溫室效應(yīng)，因此金星大氣是富含CO2的極稠密的大氣層，高達(dá)90多個大氣壓。金星內(nèi)部排出的強(qiáng)酸性氣體（如SO2、H2S和Cl2等），在大氣循環(huán)中形成酸性稠密的濃云和沉降強(qiáng)腐蝕性的酸雨。
　　
　　
　　 6. 金星的表面達(dá)到450o- 480oC的高溫
　　溫室效應(yīng)是指在透射陽光的密閉空間內(nèi)，由于與外界缺乏熱交換而形成的保溫效應(yīng)。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(fā)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(yīng)使金星表面溫度高達(dá)450至480℃，并且基本上沒有地區(qū)、季節(jié)和晝夜的差別。金星大氣中還有一層厚達(dá)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(fā)，增強(qiáng)了溫室效應(yīng)；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(dá)金星表面，因而大大減弱了金星的溫室效應(yīng)。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(wèi)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(shù)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(dá)金星表面，因而在金星表面很難發(fā)現(xiàn)直徑小于3千米的撞擊坑。當(dāng)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(zhì)量損失比較多，使小天體的質(zhì)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(fā)現(xiàn)。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(fā)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(wèi)星少。
　　 8. 太陽系中擁有火山數(shù)量最多的行星
　　根據(jù)“麥哲倫”號雷達(dá)的探測數(shù)據(jù)，表明至少85%的金星表面被火山噴發(fā)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(fā)現(xiàn)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(shù)量最多的行星。金星表面古老的地形地貌和地質(zhì)構(gòu)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(zhì)構(gòu)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(fā)時由于內(nèi)部含有大量的氣體和水，將促使火山熔巖劇烈噴發(fā)。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(fā)和噴射火山灰的跡象，只發(fā)現(xiàn)熔巖流的溢出和流淌。根據(jù)“麥哲倫”號雷達(dá)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(jīng)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(gòu)造理論，板塊運動的發(fā)現(xiàn)是源于海底擴(kuò)張，大陸漂移；板塊運動的機(jī)制是剛性的巖石圈板塊在軟流圈對流的驅(qū)動下產(chǎn)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(nèi)部結(jié)構(gòu)，目前直接探測資料極少，只能參照地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)推測金星內(nèi)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(shù)據(jù)表明，金星的“地殼”比起原來所認(rèn)為的更厚也更堅固。金星沒有海洋，更沒有發(fā)現(xiàn)海底擴(kuò)張產(chǎn)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(chǎn)生過可移動的板塊構(gòu)造。
　　 10. 大氣超旋
　　
　　金星自轉(zhuǎn)速度很慢，自轉(zhuǎn)一周的時間為243.01個地球日，金星赤道處的自轉(zhuǎn)速度為每秒1.81米。金星表面大氣的風(fēng)速只有每秒1米或更小，隨著高度的增加，金星大氣旋轉(zhuǎn)的速度增大。在16千米高度時，大氣的旋轉(zhuǎn)速度達(dá)到每秒20米，大大超過金星自轉(zhuǎn)的速度。在70千米高度大氣的旋轉(zhuǎn)速度大約為每秒100米，繞金星一周旋轉(zhuǎn)的周期只有4—5個地球日。如此快速轉(zhuǎn)動的上層大氣，稱為“超旋”，至今仍是個令人不解的謎團(tuán)。
　　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(qiáng)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(yán)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(tài)環(huán)境惡化與日俱增；溫室氣體排放的增長，導(dǎo)致了全球氣候變暖，海平面上升，極地冰雪融化，氣象災(zāi)害頻發(fā)。
　　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(dāng)然，地球的生態(tài)環(huán)境不可能完全重蹈金星的覆轍。金星的警示要我們?nèi)祟惣缲?fù)起保護(hù)地球，關(guān)愛我們的地球家園，改善和重建地球的生態(tài)環(huán)境，才能使人類社會永遠(yuǎn)持續(xù)、和諧發(fā)展。