金星是离地球最近的行星(火星有时候会更近)。古罗马人称作维纳斯,中国古代称之为长庚、启明、太白或太白金星,古希腊神话中称为阿佛洛狄特。公转周期是224.71地球日。

夜空中亮度仅次于月球,排第二,金星要在日出稍前或者日落稍后才能达到亮度最大。它清晨出现在东方天空,被称为“启明”;傍晚处于天空的西侧,被称为“长庚”。

金星的星体特征

金星是一颗类地行星,因为其质量与地球类似,有时也被人们叫做地球的“姐妹星”。也是太阳系中唯一一颗没有磁场的行星。在八大行星中金星的轨道最接近圆形,偏心率最小,仅为0.006811。

以地球为三角形的顶点之一,分别连结金星和太阳,就会发现这个角度非常小,即使在最大时也只有48.5°,这是因为金星的轨道处于地球轨道的内侧。因此,当我们看到金星的时候,不是在清晨便是在傍晚,并且分别处于天空的东侧和西侧。

中国古人称金星为“太白”或“太白金星”,也称“启明”或“长庚”(傍晚出现时称“长庚”,清晨出现时称“启明”)古希腊人称为阿佛洛狄忒,是希腊神话中爱与美的女神。而在罗马神话中爱与美的女神是维纳斯,因此金星也称作维纳斯(Venus)。维纳斯是爱与美的女性之神,所以金星的天文符号就是女性的标志:♀,也有人形象地将这个符号比喻为“维纳斯的梳妆镜”。

金星的位相变化

金星同月球一样,也具有周期性的圆缺变化(相位变化),但是由于金星距离地球太远,肉眼是无法看出来的。金星的相位变化,曾经被伽利略作为证明哥白尼的日心说的有力证据。

金星是全天中最亮的行星,亮度为-3.3至-4.4等,比著名的天狼星(除太阳外全天最亮的恒星)还要亮14倍,犹如一颗耀眼的钻石,于是古希腊人称它为阿佛洛狄忒(Aphrodite)——爱与美的女神,而罗马人则称它为维纳斯(Venus)——美神。在圣经里,金星象征黎明代表路西法。金星和水星一样,是太阳系中仅有的两个没有天然卫星的大行星。因此金星上的夜空中没有“月亮”,最亮的“星星”是地球。由于离太阳比较近,所以在金星上看太阳,太阳的大小比地球上看到的大1.5倍。

有人称金星是地球的姊妹星,确实,从结构上看,金星和地球有不少相似之处。金星的半径约为6073公里,只比地球半径小300公里,体积是地球的0.88倍,质量为地球的4/5;平均密度略小于地球。虽说如此,但两者的环境却有天壤之别:金星的表面温度很高,不存在液态水,加上极高的大气压力和严重缺氧等残酷的自然条件,金星有极少的可能有生命的存在。由此看来,金星和地球只是一对“貌合神离”的姐妹。

金星周围有浓密的大气和云层。只有借助于射电望远镜才能穿过这层大气,看到金星表面的本来面目。金星大气中,二氧化碳最多,占97%以上。时常降落巨大的具有腐蚀性的酸雨。金星表面温度高达500℃,大气压约为地球的90倍(相当于地球900米深海中的压力)。

金星自转方向跟天王星一样与其它行星相反,是自东向西。因此,在金星上看,太阳是西升东落。金星绕太阳公转的轨道是一个很接近正圆的椭圆形偏差不超过1°且与黄道面接近重合,其公转速度约为每秒35公里,公转周期约为224.70天。但其自转周期却为243日,也就是说,金星的自转恒星日一天比一年还长。不过按照地球标准,以一次日出到下一次日出算一天的话则金星上的一年要远远小于243天。这是因为金星是逆向自转的缘故;在金星上看日出是在西方,日落在东方;一个日出到下一个日出的昼夜交替只是地球上的116.75天。在地球上看金星与太阳的最大视角不超过48°,因此金星不会整夜出现在夜空中。我国民间称黎明时分的金星为启明星,傍晚时分的金星为长庚星。

金星逆向自转现象有可能是很久以前金星与其它小行星相撞而造成的,除了这种不寻常的逆行自转以外,金星还有一点不寻常。金星的自转周期和轨道是同步的,这么一来,当两颗行星距离最近时,金星总是以同一个面来面对地球(每5.001个金星日发生一次)。这可能是潮汐锁定(tidal locking)作用的结果--当两颗行星靠得足够近时,潮汐力就会影响金星自转。当然,也有可能仅仅是一种巧合。

金星的星体结构

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”。

科学家推测金星的内部构造可能和地球相似,依地球的构造推测,金星地函主要成分以橄榄石及辉石为主的矽酸盐,以及一层矽酸盐为主的地壳,中心则是由铁镍合金所组成的核心。金星的平均密度为5.24g/cc,次于地球与水星,为八大行星(冥王星已于2006年划归为矮行星,故称八大行星)中第三位的。

一个直径3000千米的铁质内核,熔化的石头为地幔填充大部分的星球。厚得多。就像地球,在地幔中的对流使得对表面产生了压力,但它由相对较小的许多区域减轻负荷,使得它不会像在地球,地壳在板块分界处被破坏

金星的地质地貌

金星表面上有70%平原,20%高地,10%低地。

在金星表面的大平原上有两个主要的大陆状高地。北边的高地叫伊师塔地(Ishtar Terra),拥有金星最高的麦克斯韦山脉(大约比喜马拉雅山高出两千米),它是根据詹姆斯·克拉克·麦克斯韦命名的。麦克斯韦山脉(Maxwell Montes)包围了拉克西米高原(Lakshmi Planum)。伊师塔地大约有澳大利亚那么大。南半球有更大的阿芙罗狄蒂地(Aphrodite Terra),面积与南美洲相当。这些高地之间有许多广阔的低地,包括有爱塔兰塔平原低地(Atalanta Planitia )、格纳维尔平原低地(Guinevere Planitia)以及拉卫尼亚平原低地(Lavinia Planitia)。除麦克斯韦山脉外,所有的金星地貌均以现实中或神话中女性命名。由于金星浓厚的大气让流星等天体在到达金星表面之前减速,所以金星上的陨石坑都不超过3.2千米。

大约90%的金星表面是由不久之前才固化的玄武岩熔岩形成,当然也有极少量的陨石坑,金星的内部可能与地球是相似的:半径约3000千米的地核和由熔岩构成的地幔组成了金星的绝大部分。来自麦哲伦(Magellan)号的最近的数据表明金星的地壳比起原来所认为的更厚也更坚固。可以据此推测金星没有像地球那样的可移动的板块构造,但是却有大量的有规律的火山喷发遍布金星表面。金星上最古老的特征仅有8亿年历史,大多数地区都很年轻(但也有数亿年的时间)。那时广泛存在的山火擦洗了早期的表面,包括几个金星早期形成的大的环形山口金星的火山在隔离的地质热点依旧活跃,

金星本身的磁场与太阳系的其它行星相比是非常弱的。这可能是因为金星的自转不够快,其地核的液态铁因切割磁感线而产生的磁场较弱造成的。这样一来,太阳风就可以毫无缓冲地撞击金星上层大气。最早的时候,人们认为金星和地球的水在量上相当,然而,太阳风攻击已经让金星上层大气水蒸气分解为氢和氧。氢原子因为质量小逃逸到了太空。金星上氘(氢的一种同位素,质量较大,逃逸得较慢)的比例似乎支持这种理论。而氧元素则与地壳中物质化合,因而在大气中没有氧气。金星表面十分干旱,所以金星上岩石要比地球上的更坚硬,从而形成了更陡峭的山脉、悬崖峭壁和其它地貌。一条从南向北穿过赤道的长达1200千米的大峡谷,是八大行星中最大的峡谷。

另外,根据探测器探测,发现金星岩浆里含有水。金星可能与地球一样有过大量的水,但都被蒸发,消散殆尽,使如今变得非常干燥。地球如果再离太阳近一些的话也会有相同的运气。我们会知道为什么基础条件如此相似但却有如此不同现象的原因。

来自麦哲伦飞行器映像雷达的数据表明大部分金星表面由熔岩流覆盖有几座大屏蔽火山,如Sif Mons(右图),类似于夏威夷和火星的Olympus Mons(奥林匹斯山脉)。不过集中在几个热点。大部分地区已形成地形,比过去的数亿年要安静得多了。

金星上没有小的环形山,看起来小行星在进入金星的稠密大气层时没被烧光了。金星上的环形山都是一串串的看来是由于大的小行星在到达金星表面前,通常会在大气中碎裂开来。

玛亚特山,金星上最大的火山之一,比周围地区高出9000米,宽200千米,火山及火山活动金星表面为数很多。至少85%的金星表面覆盖着火山岩除了几百个大型火山外,在金星表面还零星分布着100,000多座小型火山从火山中喷出的熔岩流产生了了长长的沟渠,范围大至几百公里,其中最长的一条超过7000公里。

金星的公转自转

金星绕轴自转的方向与太阳系内大多数的行星是相反的。

金星以224.65天绕太阳公转一周,平均距离为一亿八百万千米。虽然所有的行星轨道都是椭圆的,但金星轨道的离心率小于0.01当金星的位置介于地球和太阳之间时,称为下合(内合),会比任何一颗行星更接近地球这时的平均距离是4,100万千米,平均每584天发生一次下合。由于地球轨道和金星轨道的离心率都在减少,因此这两颗行星最接近的距离会逐渐增加。而在离心率较大的期间,金星与地球的距离可以接近至3,820万千米。

金星的自转周期是243天,是主要行星中自转最慢的。金星的恒星日比金星的一年还要长(243金星日相对于224.7地球日),但是金星的太阳日比恒星日为短,在金星表面的观测者每隔116.75天就会看见太阳出没一次,这意味着金星的一天比水星的一天(176地球日)短。太阳会从西边升起,然后在东边落下。金星在赤道的转速只有6.5千米/小时,而地球在赤道的转速大约是1,600千米/小时。

如果从太阳的北极上空鸟瞰太阳系,所有的行星都是以反时针方向自转,但是金星是顺时钟自转,金星的顺时钟转是逆行的转动。当行星的自转被测量出来时,如何解释金星自转的缓慢和逆行,是科学家的一个难题。当他从太阳星云中形成时,金星的速度一定比原来更快,并且是与其他行星做同方向的自转,但计算显示在数十亿年的岁月中,作用在它浓厚的大气层上的潮汐效应会减缓它原来的转动速度,演变成今天的状况。

令人好奇的是金星与地球平均584天的会合周期,几乎正好是5个金星的太阳日,这是偶然出现的关系,还是与地球潮汐锁定的结果,还无从得知。

虽然小行星2002 VE68维持着与它相似的轨道,但金星还没有天然的卫星。 依据加州理工学院的Alex Alemi和David Stevenson两人对早期太阳系研究所建立的模型显示,在数十亿年前经由巨大的撞击事件,金星曾至少有过一颗卫星。依据Alemi和Stevenson的说法,大约过了一千万年后,另一次的撞击改变了这颗行星的转向使得金星的卫星逐渐受到螺旋向内,直到与金星碰撞并合而为一。如果后续的碰撞创造出卫星,它们也会被相同的方法吸收掉。Alemi和Stevenson的研究,科学界是否会接纳,也依然是情况未明。

金星的火山分布

金星上可谓火山密布,是太阳系中拥有火山数量最多的行星。已发现的大型火山和火山特征有1600多处。此外还有无数的小火山,没有人计算过它们的数量,估计总数超过10万,甚至100万。

金星火山造型各异。除了较普遍的盾状火山,这里还有很多复杂的火山特征,和特殊的火山构造。目前为止科学家在此尚未发现活火山,但是由于研究数据有限,因此,尽管大部分金星火山早已熄灭,仍不排除小部分依然活跃的可能性。

金星与地球有许多共同处。它们大小、体积接近。金星也是太阳系中离地球最近的行星,也被云层和厚厚的大气层所包围。同地球一样,金星的地表年龄也非常年轻,约5亿年左右。

不过这些基本的类似中,也存在很多不同点。金星的大气成分多为二氧化碳,因此它的地表具有强烈的温室效应其大气压大约是地球的90倍,这差不多相当于地球海面下一公里处的水压。

金星地表没有水,空气中也没有水份存在,其云层的主要成分是硫酸,而且较地球云层的高度高得多。由于大气高压,金星上的风速也相应缓慢。这就是说,金星地表既不会受到风的影响也没有雨水的冲刷。因此,金星的火山特征能够清晰地保持很长一段时间。

金星没有板块构造,没有线性的火山链,没有明显的板块消亡地带。尽管金星上峡谷纵横,但没有哪一条看起来类似地球的海沟。

迹象表明,金星火山的喷发形式也较为单一。凝固熔岩层显示,大部分金星火山喷发时,只是流出的熔岩流没有剧烈爆发、喷射火山灰的迹象,甚至熔岩也不似地球熔岩那般泥泞粘质。这种现象不难理解。由于大气高压爆炸性的火山喷发,熔岩中需要有巨大量的气体成分。在地球上,促使熔岩剧烈喷发的主要气体是水气,而金星上缺乏水分子。另外,地球上绝大部分粘质熔岩流和火山灰喷发都发生在板块消亡地带。因此,缺乏板块消亡带也大大减少了金星火山猛烈爆发的几率。

大型盾状火山

金星有150多处大型盾状火山。这些盾状直径多在100公里至600公里之间,高度约有0.3~5公里。其中最大的一座直径700公里,高度5.5公里。比起地球上的盾状火山,金星火山显得更加平坦。事实上,最大的金星盾状火山其基底直径已经接近火星上的Olympus火山,但是由于高度不足体积比起Olympus要小得多。

火星盾状火山与地球上的盾状火山有相似之处。它们大都被长长的呈放射状的熔岩流所覆盖,坡度平缓。大部分火山中心有喷射孔。因此,科学家猜测这些盾状是由玄武岩构成的,类似夏威夷的火山。

金星上的盾状火山分布零散,并不象地球上的火山链。这说明金星没有活跃的板块构造。

小型盾状火山

金星约有10万个直径小于20公里的小型盾状火山。这些火山通常成串分布,被称为盾状地带。已被科学家在地图上标出的盾状地带,超过550个,多数直径在100~200公里之间。盾状地带分布广泛,主要出现在低洼平原或低地的丘陵处。科学家发现,许多盾状地带已经被更新的熔岩平原覆盖,因此他们推测,盾状地带的年龄非常古老,可能形成于火山活动初期。

金星的大气环境

金星的天空是橙黄色的。金星上也有雷电,曾经记录到的最大一次闪电持续了15分钟。

金星的大气主要由二氧化碳组成,并含有少量的氮气。金星的大气压强非常大,为地球的92倍,相当于地球海洋中1千米深度时的压强。大量二氧化碳的存在使得温室效应在金星上大规模地进行着。如果没有这样的温室效应温度会下降400℃。在近赤道的低地,金星的表面极限温度可高达500℃。这使得金星的表面温度甚至高于水星虽然它离太阳的距离要比水星大的两倍,并且得到的阳光只有水星的四分之一(高空的光照强度为2613.9 W/㎡,表面为1071.1 W/㎡)。尽管金星的自转很慢(金星的“一天”比金星的“一年”还要长,赤道地带的旋转速度只有每小时6.5千米),但是由于热惯性和浓密大气的对流,昼夜温差并不大。大气上层的风只要4天就能绕金星一周来均匀的传递热量。

金星浓厚的云层把大部分阳光都反射回了太空,所以金星表面接受到的太阳光比较少,大部分阳光都不能直接到达金星表面。金星热辐射反射率大约是60%,可见光反射率就更大。虽然金星比地球离太阳的距离要近,它表面所得光照却比地球少。如果没有温室效应作用,金星表面温度就会和地球很接近。人们常常会想当然的认为金星的浓密云层能够吸收更多的热量,事实证明这是非常荒谬的。与此正相反,如果没有这些云层,温度会更高。大气中二氧化碳的大量存在所造成的温室效应才是吸收更多热量的真正原因。

2004年金星凌日在云层顶端金星有着每小时350千米的大风,而在表面却是风平浪静,每小时不会超过数千米然而,考虑到大气的浓密程度,就算是非常缓慢的风也会具有巨大的力量来克服前进的阻力。金星的云层主要是有二氧化硫和硫酸组成,完全覆盖整个金星表面。这让地球上的观测者难以透过这层屏障来观测金星表面。这些云层顶端的温度大约为-45℃。美国航空及太空总署给出的数据表明,金星表面的温度是464℃。云层顶端的温度是金星上最低的,而表面温度却从不低于400℃。

金星表面的温度很高,是因为金星上强烈的温室效应,温室效应是指透射阳光的密闭空间由于与外界缺乏热交换而形成的保温效应。金星上的温室效应强得令人瞠目结舌,原因在于金星的大气密度是地球大气的100倍,且大气97%以上是“保温气体”——二氧化碳;同时,金星大气中还有一层厚达20~30千米的由浓硫酸组成的浓云。二氧化碳和浓云只许太阳光通过,却不让热量透过云层散发到宇宙空间。被封闭起来的太阳辐射使金星表面变得越来越热。温室效应使金星表面温度高达465至485℃,且基本上没有地区、季节、昼夜的差别。它还造成金星上的气压很高,约为地球的90倍。浓厚的金星云层使金星上的白昼朦胧不清,这里没有我们熟悉的蓝天、白云,天空是橙黄色的。云层顶端有强风,大约每小时350千米,但表面风速却很慢,每小时几千米不到。十分有趣的是,金星上空会像地球上空一样,出现闪电和雷暴。

金星的大气压力为90个标准大气压(相当于地球海洋深1千米处的压力),大气大多由二氧化碳组成,也有几层由硫酸组成的厚数千米的云层。这些云层挡住了我们对金星表面的观察,使得它看来非常模糊。这稠密的大气也产生了温室效应,使金星表面温度高达400度,超过了740开(足以使铅条熔化)。金星表面自然比水星表面热虽然金星比水星离太阳要远两倍。

金星大气层主要为二氧化碳,占约96%,以及氮3%。在高度50至 70 公里的上空,悬浮着浓密的厚云,把大气分割为上下两层。云为浓硫酸液滴组成,其中还掺杂著硫粒子,所以呈现黄色。在气候良好的地球上,应该很难想像在太阳系中竟然有这样疯狂的世界。

金星接近地表大气时速较为缓慢,只有每小时数公里,但上层时速却可达数百公里,金星自转速度如此的缓慢243个地球日才转一圈,但却有如此快速转动的上层大气,至今仍是个令人不解的谜团。

在照片中我们可以观察到金星表面的云层呈现倒V型的形状,这种云系统称为带状风系统。这种带状风的其实是太阳照射所造成的对流。

当地球或金星云层形成时,太阳贮存在空气中的能量可以在非常强大的放电中被释放出来。随着云粒子发生碰撞,电荷从大粒子转移到小粒子,大粒 子的下降,小粒子上升。电荷的分离导致了雷击。这对行星大气层是个很重要的过程,因为它使大气层一小部分的温度和压力提升到一个很高的值,使分子可以形 成,而在标准大气的温度和压力下,这本来是不会出现的。因此,有些科学家据之推测,闪电可能有助于地球上生命的出现。

为了分析金星闪电,研究团队过去3.5个(地球)年以来,每天使用“金星快车号”收集低空数据近10分钟,藉由比较两个行星电磁波生成的异 同而发现,金星上的磁信号比较强,但是将磁信号转换为能量流通量后,闪电强度很类似日间的闪电似乎比夜间普遍,而在太阳光穿透入金星大气层中最强的较低 纬度地区,闪电发生频率则更高。

金星的卫星

人们曾经认为金星有一个卫星,名叫尼斯,以埃及女神塞斯(没有凡人看过她面纱下的脸)命名。它的首次发现是由意大利出生的法国天文学家乔凡尼·多美尼科·卡西尼在1672年完成的。天文学家对尼斯的零星观察一直持续到1982年,但是这些观察之后受到了怀疑(实际上是其它昏暗的星体在巧合的时间出现在了恰好的位置上)所以认为金星没有卫星。

金星的研究历史

星体观测

在太空探测器探测金星以前,有的天文学家认为金星的化学和物理状况和地球类似,在金星上发现生命的可能性比火星还大。1950年代后期,天文学家用射电望远镜第一次观测了金星的表面。从1961年起,苏联和美国向金星发射了30多个探测器,从近距离观测,到着陆探测。

金星的轨道比水星的要大。当进行处于西方(在太阳之右)或东方(在太阳之左)的最大距角时,看起来它距太阳比水星距太阳远一倍。金星是天空中最亮的天体之一,观察它的最佳时间可能是当太阳恰好位于地平线以下的时候。必须注意,千万不能用眼睛直接看太阳。太阳落山金星随后落下,此时它位于太阳之左;太阳升起前金星首先升起,此时它位于太阳之右。

你很容易分辨出金星来,它明亮而略呈黄色。当金星呈大“新月”形时,用双筒望远镜观测它是最合适的。此时金星位于最大距角点与下合点之间在下合点时金星位于地球与太阳之间,我们便看不到它了,注意调好望远镜的焦距使之能观察遥远的物体。

探测简史

金星是一颗内层行星,从地球用望远镜观察它的话,会发现它有位相变化。伽利略对此现象的观察是赞成哥白尼的有关太阳系的太阳中心说的重要证据。

除太阳、月亮之外,金星是天空中肉眼能够看到的最明亮的星,最亮的时候达-4.4等,比全天最亮的恒星天狼星还亮14倍。金星毗邻地球,其直径比地球小约4%,质量轻20%,密度低10%。理论上金星有一个半径约3100千米的铁镍核,中间为幔,外面为壳。由于它在大小、密度、质量、外表各方面很像地球,所以它有地球的“孪生姊妹”之美称。

人类对太阳系行星的空间探测首先是从金星开始的,前苏联和美国从20世纪60年代起,就对揭开金星的秘密倾注了极大的热情和探测竞争。迄今为止,发往金星或路过金星的各种探测器已经超过40个,获得了大量的有关金星的科学资料。

1962年8月27日,美国发射了“水手2号”飞船,它于1962年12月14日到达金星附近。星载微波辐射计测量了大气深处的温度,红外辐射计测量了云层顶部的温度。磁强计的测量结果表明金星磁场很弱,在它的周围不存在辐射带。

1967年6月12日,苏联发射了“金星”4号飞船,同年10月18日进入金星大气层。“金星”4号的着陆舱直径1米,重383公斤,外表包着一层很厚的耐高温壳体,设计极限压强为25个大气压。着陆舱进入大气层后展开降落伞,在降落伞的作用下缓慢下落,探测数据及时发送到轨道舱,然后返回地球。当着陆舱下降到距离金星表面为24.96公里时信号停止发射,估计是着陆舱被金星的高气压压瘪了。

“金星”5号的发射时间为1969年1月5日,它的设计同“金星”4号非常接近,只是更结实一些。在着陆舱下落过程中,获得了53分钟的探测数据。当着陆舱下落到距离金星表面约24~26公里时被大气压坏,此时的压力为26.1个大气压。

“金星”6号于1969年1月10日发射,同年5月17日到达金星。着陆舱一直下降到距离金星表面10~12公里。1970年8月17日,苏联发射了“金星”7号,并于1970年12月15日到达金星。该飞船的着陆舱能承受180个大气压,因此成功地到达了金星表面,成为第一个到达金星实地考察的人类使者。

传回的数据表明,温度高达摄氏470度。大气成分主要是二氧化碳,还有少量的氧、氮等气体。至此,人类撩开了金星神秘的面纱。

金星环境复杂多变,天空是橙黄色,经常下硫酸雨,一次闪电竟然持续15分钟!

1978年9月9日和9月14日,前苏联发射了“金星11号”和“金星12号”,两者均在金星成功实现软着陆,分别工作了110分钟。特别是“金星12号”于12月21日向金星下降的过程中,探测到金星上空闪电频繁、雷声隆隆,仅在距离金星表面11公里下降到5公里的这段时间就记录到1000次闪电,有一次闪电竟然持续了15分钟!

前苏联与美国

前苏联于1961年1月24日发射“巨人”号金星探测器,在空间启动时因运载火箭故障而坠毁。1961年2月12日试验发射“金星1号”,这个成功飞往金星的探测器重643千克,在1965年11月12日和5日发射的“金星2号”和“金星3号”均告失败,“金星3号”重达963千克,当它在金星上硬着陆后,一切通信遥测信号全部中断,估计是仪器设备摔毁了。尽管如此,前苏联科学家认为还是有收获的,因为取得可直接“命中”金星的首战告捷。

1967年1月12日,成功发射了“金星4号”探测器,同年10月抵达金星,向金星释放了一个登陆舱,在它穿过大气层的94分钟时间里,测量了大气温度、压力和化学组成。1969年发射了“金星5号”和“金星6号”,再次闯入金星大气探测,探测器最后降落在金星表面上,由于硬着陆仪器设备损坏,因此不能探测金星表面情况。1970年8月17日“金星7号”探测器成功发射,它穿过金星浓云密雾,冒着高温炽热,首次实现金星表面的软着陆。“金星7号”测得金星表面大气压力强至少为地球的90倍,温度高达470℃。

1978年9月9日和9月14日,前苏联又发射了“金星11号和12号”,两者均在金星成功实现软着陆,分别工作了110分钟。特别是“金星12号”在12月21日向金星下降的过程中,探测到金星上空闪电频繁、雷声隆隆,仅在距离金星表面11千米下降到5千米的这段时间就记录到1000次闪电,有一次闪电竟然持续了15分钟!

1981年10月30日和11月4日先后上天的“金星13号”和“金星14号”,其着陆舱携带的自动钻探装置深入到金星地表,采集了岩石标本。研究表明,金星上的地质构造仍然很活跃,金星的岩浆里含有水分。从二者发回的照片知道,金星的天空是橙黄色,地表的物体也是橙黄色的。“金星13号”着陆区的温度是457℃,“金星14号”的着陆地点比较平坦,是一片棕红色的高原,地面覆盖着褐色的沙砾,岩石层比较坚硬,各层轮廓分明。“金星13号”下降着陆区的气压是89个大气压;“金星14号”下降着陆区为94个大气压,这样大的压力相当于地球海洋900米深处所具有的压力。在距离地面30千米到45千米的地方有一层像雾一样的硫酸气体,这种硫酸雾厚度大约25千米,具有很强的腐蚀性。探测表明,金星赤道带有从东到西的急流,最大风速达每秒110米!金星大气有97%是二氧化碳,还有少量的氮、氩及一氧化碳和水蒸气。主要由二氧化碳组成的金星大气,好似温室的保护罩一样,它只让太阳光的热量进来,不让其热量跑出去,因此形成金星表面的高温和高压环境。

1983年6月2日和6月7日,“金星15号”和“金星16号”相继发射成功,二者分别于10月10日和14日到达金星附近,成为其人造卫星,它们每24小时环绕金星一周,探测了金星表面以及大气层的情况。探测器上的雷达高度计在围绕金星的轨道上对金星表面进行扫描观测,雷达的表面分辨率达1~2千米,可看清金星表面的地形结构,成功绘制了北纬30度以北约25%金星表面地形图。1984年12月前苏联发射了“金星-哈雷”探测器,1985年6月9日和13日于金星相会,向金星释放了浮升探测器——充氦气球和登陆舱,它们携带的电视摄像机对金星云层进行了探测,发现金星大气层顶有与自转同向的大气环流,速度高达320千米/小时,登陆设备还钻探和分析了金星土壤。“金星-哈雷”探测器在完成任务后利用金星引力变轨,飞向哈雷彗星。综观前苏联金星探测的特点在于,主要是投放降落装置考察,以特殊的工艺战胜金星上高温高压,取得了金星表面宝贵的第一手资料。

前苏联航天技术的辉煌成就,极大地刺激了美国人。20世纪60年代初,美国宇航局根据肯尼迪总统提出的登月计划,全力开展探月活动;但又看到前苏联对金星的探测活动,格外着急。美国当局立即决定分兵两路,在实施登月的同时,拿出一部分力量来探测金星。美国于1961年7月22日发射“水手1号”金星探测器,升空不久因偏离航向,只好自行引爆。1962年8月27日发射“水手2号”金星探测器,飞行2.8亿千米后,于同年12月14日从距离金星3500千米处飞过时,首次测量了金星大气温度,拍摄了金星全景照片,但由于设计上的缺陷,在探测过程中,光学跟踪仪、太阳能电池板、蓄电池组和遥控系统都先后出了故障,未能圆满执行计划。1967年6月14日发射“水手5号”金星探测器,同年10月19日从距离金星3970千米处通过,作了大气测量。1973年11月3日发射“水手10号”水星探测器,1974年2月5日路过金星,从距离金星5760千米处通过,对金星极其大气作了电视摄影,发回上千张金星照片。

先驱者号

从1978年起,美国把行星探测活动的重点转移到金星。1978年5月20日和8月8日,分别发射了“先驱者-金星1号和2号”其中1号在同年12月4日顺利到达金星轨道,并成为其人造卫星,对金星大气进行了244天的观测,考察了金星的云层、大气和电离层,研究了金星表面的磁场,探测了金星大气和太阳风之间的相互作用;还使用船载雷达测绘了金星表面地形图。1988年1月两位美国地质学家报告说,金星表面的阿芙洛狄忒高原地区具有与地球上洋脊十分相似的特征,他们分析了美国“先驱者-金星1号”宇宙飞船环绕金星时用雷达信号测量金星表面的结果,发现金星阿芙洛狄忒高原的岩层断裂模式与地球上洋中脊附近的情况很相似,其主脊两侧的特征近似呈镜像对称,这也正是洋中脊的重要特征。那里的高山、峡谷以及断层诸方面的分布特征表明金星的地壳在扩张,其每年几厘米的扩张速度与地球的海(洋)底扩张相仿。

“先驱者-金星2号”带有4个着陆舱一起进入金星大气层,其中一个着陆舱着陆后连续工作了67分钟,发回了一些图片和数据。在金星的云层中不同层次具有明显的物理和化学特征,金星上降雨时,落下的是硫酸而不是水,探测还表明,金星上有极其频繁的闪电;金星地形和地球相类似,也有山脉一样的地势和辽阔的平原;存在着火山和一个巨大的峡谷,其深约6千米、宽200多千米、长达1000千米;金星表面有一个巨大的直径达120千米的凹坑,其四周陡峭,深达3千米。

麦哲伦号

为了在探测金星方面取得更大的成就,美国宇航局决定要利用其在雷达探测技术方面的先进设备,透过金星浓密的云层,详细勘察金星的全貌和地质构造。1989年5月4日,亚特兰蒂斯号航天飞机将“麦哲伦”号金星探测器带上太空,并于第二天把它送入金星的航程。“麦哲伦”号金星探测器重量达3365千克,造价达4.13亿美元。后来的事实说明,“麦哲伦”号是迄今最先进最为成功的金星探测器。“麦哲伦”号装有一套先进的电视摄像雷达系统,可透过厚厚的云层测绘出金星表面上小如足球场的物体图像,其清晰度胜过迄今所获金星图像的10倍!它装载的高分辨率综合孔径雷达,其发射、接收天线与著名的“旅行者”号探测器定向天线相似,也是3.65米直径的抛物面形天线,但其性能比前者提高了许多,它在金星赤道附近250千米高空时,分辨率也可达到270米。“麦哲伦”的中心任务是对金星作地质学和地球物理学探测研究,通过先进的雷达探测技术,研究金星是否具有与河床和海洋构造,因前苏联有科学家推测,大约40亿年前金星上有过汪洋大海。

“麦哲伦”经过15个月的航行,于1990年8月10日点燃反向制动火箭,使其速度由每小时3.96万千米减至2.79万千米,进入围绕金星的轨道。“麦哲伦”探测器运行中沿金星子午线绕一圈约需要189分钟,扫描宽度为20~25千米;从北极区域到南纬60度计划进行37分钟的观测,行程约1.5万千米。8月16日“麦哲伦”发回第一批进行照片。

“麦哲伦”拍摄到金星上一个40千米×80千米大的熔岩平原,雷达的测绘图像非常清晰,可以清楚地辨认出火山熔岩流、火山口、高山、活火山、地壳断层、峡谷和岩石坑。金星火山数以千计,火山周围常有因陨石撞击而形成的沉积物,像白色花朵。“麦哲伦”发现金星上的尘土细微而轻盈,较易于被吹动,探测表明金星表面确实是有风的,很可能像“季风”那样,时刮时停,有时还会发生大风暴。金星表面温度高达280℃~540℃。它没有天然卫星,没有水滴,其磁场强度也很小,大气主要以二氧化碳为主,一句话,它不适宜生命存活。它的表面70%左右是极为古老的玄武岩平原,20%是低洼地,高原大约占了金星表面的10%,金星上最高的山是麦克斯韦火山,高达12000米。在金星赤道附近面积达2.5万平方千米的平原上,有3个直径为37~48千米的火山口。金星上环绕山极不规则,总共约有900个,而且痕迹都非常年轻。

“麦哲伦”拍摄了金星绝大部分地区的雷达图像,它的许多图像与前苏联“金星15号”和“金星16号”探测器所摄雷达照片经常可以重合拼接起来,使判读专家得以相互印证,从而使得人们对金星有进一步的了解。“麦哲伦”号从1990年8月10日至1994年12月12日一直围绕金星进行探测,最后在金星大气中焚毁。1990年2月飞往木星的“伽利略”号探测器途径金星,成功地拍摄金星的紫外。红外波段的图像,照片上显示金星大气顶部的硫酸云雾透过紫外光非常突出。虽说金星空间探测硕果累累,但仍然有许多待解之谜。譬如说,金星上确曾有过海吗?金星上的温室效应是在什么时候、怎样发生的?金星表面是经过大规模的火山活动而重新形成的吗?金星大气的精确化学成分是什么?等等。据报道,2001年日本文部科学省宇宙科学研究所制定出一个金星探测计划,准备在2007年用M5火箭发射金星探测器,预计它在2009年进入围绕金星的大椭圆轨道,其近地点约300千米,远地点约60000千米;它通过携带的5台可穿透金星大气的特殊红外摄像机、紫外摄像机探测金星大气和地质构造。未来的金星探测需要长寿命的登陆舱、专门的下降探测装置、遥控探测气球以及监视金星大气的轨道器等。

日本

日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)在2010年5月发射的金星探测器“晓”号,原定在2010年12月7日进入金星轨道,但“晓”号开始进行引擎反向喷射、准备减缓速度进入金星轨道时,通讯设备却发生故障,与地面指挥中心短暂失联,以至于引擎停摆,与金星擦身而过。“晓”号必须等到2016年后才能再度接近金星轨道,运作小组表示,届时“晓”号若仍完好无损,将再次挑战。

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