地球和天王星的大小对比，地球和九大行星大小对比图

来源：头条浏览：0 2022-12-01 14:33:01

金星是太阳系内的地球型行星，距离太阳的平均距离约为0.72au(1.08亿km )，公转周期为224.71天。金星的自转方向自东向西，拥有8颗行星中最长的自转周期243天]。太阳系的八大行星中，金星被称为地球的“双子星”，由于与地球的大小和密度接近，推测金星的初始物质组成也与地球接近，但根据唯一的探测数据，目前无法得出结论。对比金星和地球的大小，现在金星的表面环境和地球完全不同。大气气压是地球表面的92倍。地面气温约465C，且全球比较均匀；汽车在金星表面也会融化，非常不适合生命生存。金星具有厚厚的大气层，主要由二氧化碳( 96.5% )、氮气( 3.5 )构成。在约50km高的云中存在多种腐蚀性的酸性气体。但是，36亿年前，金星也在太阳系的宜居带。那时的金星存在于海洋中，孕育过生命吗？为什么金星走上了与地球完全不同的进化道路，变成了现在这样的炼狱呢？金星是地球的过去还是未来？这些问题是金星探测中最重要的科学问题。金星表面被浓密的大气包围着，从轨道上很难看到地表的真实情况/金星人类对外星行星的访问是从金星开始的。从1961年苏联首次金星探测开始到2021年底，世界各国共发射了43颗金星探测器，其中苏联33次(成功15次)，美国8次(成功6次)，欧盟1次(成功)，日本1次(成功)。任务类型以金星飞行、绕飞、再入大气层探测任务为主( 33次)，着陆任务) 8次)和漂浮任务) 2次较少。任务集中在60-70年代美苏太空竞赛时期，21世纪以来欧空局的金星快车( Venus Express； 2006-2014 )和日本的“晓号”( Akatsuki；自2015年顺利进入轨道以来)两次任务。 “拂晓”号是目前在轨道上运行的唯一金星探测器。金星探测的方式主要有地基观测和金星探测器两种。地面观测是探测器任务的重要补充，可以观测大气成分、大气动力学、金星地质等。金星探测器分为轨道探测、空中位置检测、地面位置检测任务三大类。轨道探测相对来说技术最成熟，轨道器在现有金星任务中占绝对主体。空中位置探测通过浮空气球等空中平台和下降式探测器/探空仪进行。通过位于地面探测着陆金星表面，可以获得金星的地表物质组成、大气与地表的相互作用、地震等信息。但金星地表的恶劣环境是探测器生存时间的主要制约。基于生存时间，地面位置探测器分为短寿命站( 24小时)、长寿命站(可移动金星车)等类型。 “拂晓”号金星探测器金星轨道器的优势在于可以长时间、大规模地观测金星的大气和空间环境。 21世纪以来，得益于欧空局的“金星快车”和日本的“拂晓”号的成功，人们获得了大量宝贵的金星遥感探测数据，对金星的大气和气候有了更深入的了解。金星快车的探测主要集中在云和中高层大气。它采用与先锋-金星( Pioneer-Venus Orbiter )不同的轨道设计，可以进入金星诱发磁层的不同区域，获得了许多新的观测和发现。金星快车的一些亮点的成果是建立了金星的世界大气环流模型——金星的全球表面温度图、金星大气的热截面和热结构、大气化学组成截面( CO、SO2、OCS、D/H比等)，并发现了新的大气成分( O3和OH )。发现金星低纬地区平均风速持续增加；大气中存在低温层；地形引起大气引力波的特征和深层云的特征等。金星快车还发现了疑似活动的火山“热点”。但总体而言，金星快车对地表的探测范围和精度有限。

“金星快车”金星探测器日本“拂晓”的探测目标集中在金星的大气和空间环境，从云顶到深层进行了细致的探测。拂晓描绘了35-50 km的深层云的形态；发现金星大气中有大弓型特征；赤道区域上方的低云有水平方向的急流风；在电波屏蔽实验中得到了高度40 km以上的大气温度分布；发现上云和中云之间过渡带附近存在小颗粒厚层云对云顶热潮的观测和模拟，发现了热潮保持大气超旋的机理。金星大气垂直结构示意图(在金星大气下，金星表面被厚厚的大气包围，但特定波长的电磁波可以透过大气观测金星地表。可穿透行星云层的电磁波波段的图像，至今为止覆盖了精度最高的金星地形图，来源于美国麦哲伦号轨道器的雷达探测。金星形态特征金星表面较平坦，地形可划分为低地、平原、高地3种地质单元。金星约80%的表面被光滑的火山平原覆盖，其中70%的火山平原存在褶皱山脊，10%的火山平原平滑或断裂。两个高地占金星剩余20%的表面，一个位于北半球( Ishtar Terra )，另一个位于赤道以南( Aphrodite Terra )。金星上最高山脉Maxwell Montes (最高峰比金星平均半径高11 km以上)位于Ishtar Terra范围内。金星表面典型的形态特征、放射状岩壁、楯状火山、熔岩流、蛛网状结构等金星表面仅残留约940个碰撞孔。有趣的是，金星的陨石坑少于30 km的碰撞，少于5 km的碰撞接近缺损。同时，金星表面也缺乏大型陨石坑。根据现存的陨石坑，金星可以推断在7亿5千万年左右发生了全球地表重建事件。整个过程经历了大约一亿年。事件消除了更早的地质记录。尚不清楚这一全球重建事件是灾害式还是缓慢的平衡式。金星表面碰撞坑的分布图

背景：粉红色——沉积物松散；棕色-沉积或风化岩石；绿-火山岩；蓝色—低介电常数物质(另外，金星地表有多种结构特征。活跃的火山活动形成多尺度的构造变形，最终形成与火山相关的全球构造网络。其中最特殊的是被称为马赛克地块tessera的地质单元。它们是被平原包围的数十公里的孤立的块状物，形状像马赛克的地板。马赛克地块内不同方向的平行山脊、断裂、地沟交汇，伴有少量火山活动。马赛克地块是目前可能保存在金星表面的最古老的地体，也可能与水的作用有关。未来，镶嵌地块将成为金星探测的重要目标。裂谷与地球中央海岭相似；脊主要分布在低洼地区；马赛克地块跨越高变形区域，成分上可能类似于地球大陆的坛子，与遥感探测相比，着陆探测更困难，数据也更少，更珍贵。目前仍保持金星登陆生存时间记录的是苏联“金星”( Venera )系列探测器，最长记录为127分钟。苏联“金星”着陆器在金星表面着陆的艺术性假想图(闪电和硫酸雨)所有着陆器都坠落在金星的火山平原部。回来的照片显示，金星地表没有液态水，没有植被，只有露出的岩石散落在上面。着陆器测量了地表的物质组成。这些成分测定不仅数量有限、误差大，而且缺乏钠等重要元素数据，但这些测定仍然是金星物质成分的主要依据，尤其是在金星陨石不足或返回样品的情况下。金星9号和13号任务拍摄的金星着陆地点地表的影像/那里有“生命”吗？由于其与地球的潜在相似性，金星地表或大气中是否存在生命物质是国际学术界长期关注的问题。有两个相关的假设。一个假设是，早期金星的地表有温和的气候和液态的海洋，直到温室效应失控，所有的水蒸发进入大气，然后逃逸。这个假说还没有证据金星上可能没有存在过液体海洋的模型。一种假设是现代金星云层中存在宜居带，这里存在适宜的温压条件( (~60C，1个大气压) )，微米级气溶胶传播对宇宙射线和紫外线具有屏蔽作用，能够保护生命。金星表面适合居住在环境中的假说

(左)在温室效应失控之前，金星可能是适合居住的星球这一假说的印象。 (右)活在星云雾霾层间的嗜热-超嗜酸微生物循环假说示意图。 2020年9月，一个研究小组在《自然-天文》期刊上发表论文，称利用地基射电望远镜在金星云某一高度检测到磷化氢( PH3 )，可能是生命存在的间接证据，引起了极大的关注和争论。重点关注观测数据的多解性，而且即使信号真的来源于磷化氢，也不能排除其他非生命源。总之，这些新的勘探和争论表明，金星已成为国际行星和空间生命勘探和研究的新热点，成为国际科技竞争的重要领域。金星探测多年来，目前仍处于重要数据积累阶段，需要填补许多观测空白。例如，金星大气99%的质量聚集在对流层，特别是28 km以下，但距离地表12 km高度的金星深层大气目前缺乏直接探测数据。虽然雷达对金星地形的探测在麦哲伦任务后一直处于停滞状态，但部分金星雷达的探测分辨率仅为100米级，精度相当于20世纪70年代的火星任务，无法实现更精细的金星地形识别与分类，尤其是无法对金星表面地质过程尺度进行分析和研究，针对金星地表重要区域和金星地质演化金星大气的位置探测(特别是大气元素同位素测量)、镶嵌细分遥感探测、甚至位置探测等，对未来金星探测任务提出了明确而迫切的需求。金星任务雷达探测可实现的空间分辨率与麦哲伦号相比/去金星2021年6月，美国航天局和欧空局将分别前往金星的新任务——“真相”任务、“达芬奇”任务和“展望”EnVison 另外，俄罗斯、印度也提出了各自的金星探测任务，并积极推进。金星探测和研究迎来新热潮，地球双星的神秘面纱将逐渐揭开。 “真相”任务和“达芬奇”是两个高度互补的任务，将于2030年左右发射。其中“真相”的全名是“金星发射率、无线电科学、干涉合成孔径雷达、地形学和光谱学”任务。主要科学目标是生成金星全球高分辨率的地形图和影像，制作包括变形、表面组成、热发射和重力场图在内的一系列金星全球图谱。它试图检测金星是否具有古老的水环境，目前的火山活动是否仅限于地幔柱区域，或者分布是否更广泛。 “达芬奇”任务是“金星深层大气的稀有气体、化学和成像”任务，利用下降式探测器，在下降的63分钟内直接测量金星大气的组成，测量稀有气体、微量气体及其同位素组成，测量金星大气的温度、压力、风速。在到达地面之前，探测器将拍摄金星马赛克区域的图像，探索其起源和构造、火山和风化的历史。 “展望”号将于2032年发射，是基于轨道的金星地表高分辨率雷达测绘和大气研究任务。科学目标是寻找活跃的地质过程，测量与活跃火山作用相关的地表温度变化，表征区域和局部地质特征，确定地幔和核心特性，基于轨道的金星地表高分辨率雷达测绘和大气研究任务是探测厘米级地表变化，探测火山和局部地质特征地下雷达测深仪绘制距区域下一表层约100 m深的断层、地层和风化情况，识别构造关系和地质历史。俄罗斯“金星d”( venera-d )任务的概念处于准备阶段，表明了俄罗斯返回金星的决心。 “金星d”任务的概念进行了一些修改，目前基线任务由轨道飞行器和短寿命(2-3小时)维加式着陆器组成。

除基线任务外，气球、子卫星、长寿命( 24小时)地面站等一系列潜在因素正在论证中。还提议在2029-2034年从金星分三次采样返回。其他行星际探测任务在金星重力辅助阶段也可以探测金星。这些任务包括美国航天局派克太阳探测器( Parker Solar Probe )、欧洲航天局太阳旋翼机( Solar Orbiter )和木星冰月探测器( JUICE )。答疑环节/

1 .据报道，金星着陆器存活的时间最长为2小时左右。金星表面的温度和压力看起来还不是非常极端的值。着陆器生存时间短的主要原因是温度和压力吗？没有其他理由吗？答：主要是金星地表温度和压力的原因。金星表面的环境像高压锅。电子和科学仪器工作时必须首先降温，保证热度，但在金星环境下很难。火星探测时长时间工作的一些机器通常选择在晚上工作，不需要额外的降温方法。相比之下，金星持续高温，对电子器件和电路的设计提出了更高的要求。 2 .金星和地球一样大。为什么地球上有月亮而金星上没有？答：这是个好问题，但现在还不知道。月球的确切原因尚不清楚，但大碰撞的起源——被认为是在原始地球形成的初期被火星那么大的天体撞击，之后重新进化形成了现在的地球和月球。金星可能没有经过这样的过程，但对金星的进化可能也有很大的影响。与地球相比，金星可能是相反的例子。如果没有大的天然卫星，会不会走向另一条进化路径？ 3 .金星表面什么时候变得这么热了？为什么金星不再有海了？答：这个问题也是我们不知道的事情，我现在还在猜测。我推测金星刚形成的时候(最初的1亿年)可能和地球很像。但是，实际情况是否如此，还不知道。从现在的金星地表看不到海的痕迹。但是，由于7亿年左右世界的岩浆覆盖，初期海洋的痕迹可能已经消失了。这也是未来金星探测任务要解决的问题。 4 .我国正在准备金星探测计划吗？答：我们现在正在做一些前期的调查。我们希望这些调查能帮助未来的勘探计划。如果中国要去金星探测，应该探测什么，做什么准备？主要是科学的愿景。但是，还没有具体的金星探测任务。 5 .那个有倾向吗？是着陆器还是浮空平台？答：按照现有技术，着陆和浮空平台的难度会更大。保持着陆器和携带的科学仪器能够生存和工作，对着陆器和科学载荷的设计要求非常高。如果是空中平台，同样对浮空器和飞机本身也有很多要求。所以，未来10年，中国如果要探测金星，可能还是会考虑以环绕声为主，但是为了进行其他国家没有或者没有进行过的探测，可以考虑携带有特色的探测设备。报告员介绍/

赵鹂博士，中国科学院地球化学研究所月球与行星科学中心，中国科学院比较行星学卓越创新中心，副研究员；中国首个火星探测任务预科学研究小组成员。长期从事行星地质环境演化研究。近年来，关注金星探测，参与金星探测科学问题的预研和论证等工作。 [本文整理了《天芳夜潭》系列讲座的演讲内容，主讲人人均为空间科学领域杰出的女科学家。该讲座由国际空间科学研究所-北京ISSI-BJ (北京ISSI-BJ )主办，恭候大家的关注。 () ]

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来源：中国国家天文编辑： just_iu