金星探测：水手和金星探测器发现的奇迹

金星犹如一颗耀眼的钻石，在天幕上是最亮的星星。金星在我国古代称为太白，早上出现在东方时又叫启明星、晓星、明星，傍晚出现在西方时也叫长庚星、黄昏星。在希腊与罗马神话中，金星是爱与美的化身。罗马人称金星为维纳斯（Venus），维纳斯是爱神、美神，同时又是执掌生育与航海的女神；在希腊神话中她叫阿佛洛狄忒（Aphrodite）——爱与美的女神，金星的图腾符号是维纳斯女神化妆台的镜子。金星一直都被稠密卷曲的云层笼罩在神秘的面纱中。金星是一个普通的、体积很小的行星，不是发光发热的恒星，但却是最亮的星星。太阳系的类地行星按照距离太阳由近而远的顺序，依次是水星、金星、地球与火星。金星的半径约为6073千米，只比地球半径小300千米，体积是地球的88%，质量为地球的87%，平均密度为地球的95%，在类地行星中，金星与地球的大小、质量最接近，是地球的姊妹星。金星比地球更靠近太阳，在金星上看太阳，太阳的大小比地球上看到的大1.5倍，金星的位置接受太阳的光和热的辐射常数比地球大1.9倍。由于金星被一层稠密的100多千米厚度的大气层所包裹，特别是距离金星表面47—70千米高度的白中透黄的反光云层，使到达金星的阳光大约70%被反射到太空，使金星在天穹中成为最亮的星星，甚至比最亮的恒星天狼星还要亮。

望远镜看不到金星的真实面貌。金星周围有浓密的大气和云层，金星的大气压强非常大，为地球的90—99倍，相当于地球海洋中1千米深度时的压强。在100多千米厚的金星大气层中，夹有一层厚达20—30千米厚的浓硫酸组成的浓云，使金星的天空呈现橙黄色，经常下硫酸雨。这些云层挡住了各种光学望远镜对金星表面的观察，往往只能观察到金星表面的云层呈现的带状风系统，这种带状风是太阳照射所造成的对流。

上世纪60年代初以来，美国和苏联分别发射了“水手号”和“金星号”等一系列探测器，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，但是对金星面貌的了解仍然模糊不清。 1991年，美国发射的轨道飞行器“麦哲伦号”绕金星运行，成功应用合成孔径雷达对金星表面成像，首次获得分辨率为300m覆盖金星表面99%的图像，金星的面容才真实地显露出来。

金星一天的时间比一年还长。金星绕太阳运行轨道接近于正圆，金星公转的轨道面与黄道面接近重合，公转周期为224.701个地球日。金星的自转速度很慢，自转周期为243.01个地球日。金星公转一周为金星的“一年”，自转一周为金星的“一天”，金星“一天”的时间比金星“一年”的时间还要长18.3个地球日。

金星为反向自转。太阳系的行星（金星除外）自转的方向与公转的方向（反时针方向）一致，唯有金星是反向自转（顺时针方向），自转与公转的方向相反，因而在金星上太阳是西升东落，与地球上的太阳是东升西落完全相反。太阳系8大行星的自转轴与黄道面都不是垂直的，水星接近垂直，其他行星的自转轴与垂直黄道面法线都有大小不等的夹角。一般的解释是当太阳系各行星形成不久，受到不同大小、速度和入射角的小行星撞击，使受到撞击的各个行星的自转轴不同程度的倾斜，甚至像金星那样倒转。理论计算各个行星的自转轴不同程度的倾斜并不困难，但要找到撞击的科学证据还有待进一步研究。

金星的大气主要由二氧化碳(96.5%)和氮（3.5%）组成，还有极痕量的H2O、SO2和H2S。地球的大气主要由N2(78.1%）和O2(21.0%)组成，CO2只占0.033%。为什么大小和质量相近的金星与地球，大气的成分差别极大？在太阳系形成初期，类地行星（水星、金星、地球、火星）的原始大气层中的气体都被强烈的太阳风驱赶殆尽，行星的大气层是通过初期行星大面积的火山爆发喷发出来的火山气体组成，类地行星的大气层是次生的。在类地行星中，地球和金星的质量最大，可以将更多的内部排出的气体“束缚”在它们表面，因此它们的大气有着复杂的组成和较大的密度。

金星的表面高达450℃—480℃的高温。温室效应是指在透射阳光的密闭空间内，由于与外界缺乏热交换而形成的保温效应。金星的大气密度是地球大气的90倍，且大气中97%以上的二氧化碳是“保温气体”。二氧化碳只许太阳光通过，却不让热量散发到太阳系空间。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450℃—480℃，并且基本上没有地区、季节和昼夜的差别。金星大气中还有一层厚达20—30千米由浓硫酸组成的浓云，浓云一方面阻止金星表面热量的散发，增强了温室效应；但是另一方面浓云把70%入射的阳光都反射回了太空，使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，因而大大减弱了金星的温室效应。如果金星没有这些浓云层，金星表面的温度还会更高。

金星是太阳系中拥有火山数量最多的行星。“麦哲伦”号雷达的探测数据表明，至少85%的金星表面被火山喷发的熔岩流覆盖，显示金星在距今的8亿—10亿年以来，火山活动仍很活跃。在金星表面发现有几百个大型火山地貌，还零星分布着十多万座小型火山，金星是太阳系中拥有火山数量最多的行星。金星表面古老的地形地貌和地质构造特征绝大部分被后期的熔岩流覆盖，为分析研究金星的地质构造演化历史带来了更大的困难。(www.zuozong.com)

在地球上，有些火山爆发时由于内部含有大量的气体和水，将促使火山熔岩剧烈喷发。金星的火山熔岩里缺乏水，且由于金星表面的大气压很高，金星的火山似乎没有剧烈爆发和喷射火山灰的迹象，只发现熔岩流的溢出和流淌。根据“麦哲伦”号雷达的探测，85%的金星表面覆盖着火山熔岩流，大量的火山熔岩流经几百千米，填满低地，形成了广阔的平原。

金星没有板块运动。按照地球的板块构造理论，板块运动的发现是源于海底扩张，大陆漂移；板块运动的机制是刚性的岩石圈板块在软流圈对流的驱动下产生漂移。在板块交界处板块碰撞造山，岩石圈板块插入软流圈，火山—地震带的形成等。金星的内部结构，目前直接探测资料极少，只能参照地球内部结构推测金星内部有一个半径约3100千米的铁—镍核，中间一层是主要由硅、氧、铁、镁等化合物组成的幔，而外面一层是主要由硅、铝、氧化合物组成的很薄的壳。来自“麦哲伦号”探测金星的数据表明，金星的“地壳”比起原来所认为的更厚也更坚固。金星没有海洋，更没有发现海底扩张产生的对称磁条，没有线性的火山链，没有明显的板块消亡地带等。推测金星没有像地球那样产生过可移动的板块构造。

金星自转速度很慢，自转一周的时间为243.01个地球日，金星赤道处的自转速度为每秒1.81米。金星表面大气的风速只有每秒1米或更小，随着高度的增加，金星大气旋转的速度增大。在16千米高度时，大气的旋转速度达到每秒20米，大大超过金星自转的速度。在70千米高度大气的旋转速度大约为每秒100米，绕金星一周旋转的周期只有4—5个地球日。如此快速转动的上层大气，被称为“超旋”，至今仍是个令人不解的谜团。

金星是一颗神秘的行星。金星的天空呈橙黄色，高空云层浓密，雷鸣闪电，阴森恐怖；金星表面高温高压，火山熔岩流淌，强酸雨沉降，没有海洋，没有河流，没有一滴水；金星没有任何生命活动的迹象，是一个严酷的、死寂的世界。

国际上已经开展了40次金星探测，但目前有关金星大气层的水逃逸机制、大气超旋的成因等仍是未解之谜。此外，对金星大气进行分层和特定层位的就位精细探测具有重要意义，然而由于金星具有极高的大气压、较厚的二氧化硫云层、很高的表面温度等环境特点，大大限制了光学探测手段的应用，必须采用雷达探测技术并结合浮空器探测，以获取金星地形地貌、局部大气特征、表面矿物组成等基本科学信息，填补金星浅层结构、区域物质成分等探测的国际空白。

金星探测是一项巨大的系统工程，必须陆续实施而最终完成。我国金星探测仍然可以采用环绕和浮空探测，实现对金星大气层整体性的探测和局部区域的就位探测，以及金星表面地形地貌与次表层物质结构的全球性探测，获得金星大气的组成与结构、温度场、电离层与磁层、地形地貌与物质组成等的探测数据。开展金星大气层的闪电和气辉，温室效应，大气环流等的成因机制以及大气整体演化过程，大气层、电离层与太阳风的相互作用过程，水逃逸机制等研究；开展金星表面改造的地质营力和地质构造演化史的研究；开展金星内部结构的综合性研究。