与地球大小相近的金星,是怎样成为最热行星的?
金星成为太阳系中最热的行星,关键原因不只是它离太阳更近。厚重的二氧化碳大气让地表放出的热量很难逃逸。金星的大小和内部结构与地球相似,但如今地表温度约为467°C,大气压约为地球海平面气压的93倍。
金星和地球为何变得如此不同,至今仍未完全揭晓。要理解这种差异,除了研究现在的大气,还要考察金星过去是否有水,以及火山曾向大气中加入哪些气体。
- 直径约12,104公里 约为地球直径的95%
- 约467°C 太阳系行星中最高的地表温度
- 约为地球的93倍 金星地表的大气压
- 主要是二氧化碳 使热量难以逃逸的大气主要成分
明亮的云层和厚重大气发挥着不同作用
覆盖金星的硫酸液滴云会反射大量阳光,因此金星在夜空中显得十分明亮。不过,穿过云层并加热地表的能量会以红外线形式再次向上辐射,厚重的二氧化碳大气则会反复吸收并释放这些红外线。
这个过程使地表能量很难逃向太空。温室效应在地球上也是一种自然现象,但金星大气的总量和成分截然不同,因而造成了极端高温。NASA把金星目前的状态解释为失控温室效应的结果。
金星的云层反射阳光,但云层下方庞大的二氧化碳大气让地表热量难以逃向太空。
金星是否曾有海洋,我们仍不知道
与普通氢相比,重氢在金星大气中所占的比例远高于地球。较轻的氢更容易逃向太空,因此这一比例支持金星过去可能拥有比现在更多水的看法。不过,仅凭这项测量还不能断定金星表面曾存在液态海洋。
科学家正在检验两种不同的历史。一些气候模型认为,金星可能曾充分冷却,形成浅海并长期保持温和;另一些研究则认为,金星从一开始就太热,水蒸气无法凝结成雨并汇成海洋。究竟哪一种更接近真实历史,还需要更精确地测量大气和岩石成分。
“远古金星海洋”只是可能的历史之一。较高的重氢比例是水分流失的线索,并不是拍摄到的海岸线,也不是海洋存在的直接证据。
云层下的火山要用雷达寻找
厚厚的云层使可见光相机无法看到金星地表。NASA的麦哲伦号探测器向地表发射无线电波,并利用返回的信号绘制了98%的地表地图。数据显示,金星地表至少有85%被火山熔岩流覆盖。
研究人员比较了1990年和1992年的雷达资料,在西夫山(Sif Mons)和尼俄伯平原(Niobe Planitia)附近发现了信号发生变化的区域。把地形坡度和障碍物也考虑在内后,探测期间流出并凝固的新熔岩是最符合这些变化的解释。探测器并未直接拍到喷发,但这些资料证明金星地表在20世纪90年代初确实发生了变化。
新探测任务将分别研究大气和地表
- 在大气中下降时 DAVINCI探测器计划测量气体成分、压力、温度和风,并拍摄云层下的阿尔法区(Alpha Regio)。
- 从轨道重新观察地表时 VERITAS计划在2031年以后利用新的雷达地图、重力和光谱数据研究火山与内部结构。
- 探测地表以下时 ESA的EnVision以2031年11月发射为目标,计划用雷达和光谱仪同时观测地下结构、地表和大气。
三个任务测量不同高度和不同物质,是因为单一类型的资料无法解开金星的历史。大气中的气体可以帮助缩小水分流失时间的范围,而地表岩石和火山则能说明哪些物质曾从行星内部上升。
金星说明,大小不能单独决定行星的未来
金星并不是地球未来的直接写照。它是一个对照:即使两颗行星起初大小相近,大气总量、水的状态以及火山和岩石的变化经过漫长积累,也可能造就完全不同的环境。
金星明亮而平滑的外观是高空云层形成的,并不是坚硬的地表。最炽热的地面和火山痕迹隐藏在云下。雷达和大气探测器正在连接这两个层次,寻找金星一步步变成今天模样的过程。
