為什麼金星的大氣層旋轉速度比行星快得多?

簡介：科學家們在1960年觀察到金星大氣比金星本身的自轉速度快，經過日本「赤月」號環金星衛星多年觀測，科學家們認為這種超轉速是由於金星向日面和背陰面的溫差造成的。

水星是離太陽最近的行星，並且以其速度而聞名。離太陽的第二遠的行星金星，則完全相反，它以速度慢而聞名。這顆熾熱的行星需要243個地球日才能繞地軸旋轉一圈。然而，金星的大氣層是獨立運行的，只需四個地球日就可以完成同樣的旅程。

近60年來，科學家們一直在思考這種大氣超旋轉現象，但一項研究可能剛剛破解了金星雲層中的奧秘。

日本北海道大學教授、該項研究的主要作者小池百合子在一份聲明中說：「自20世紀60年代發現金星大氣發生超級旋轉以來……其形成和維繫背後的機制一直是個謎。」

圖解：該圖顯示金星的大氣比金星的自轉速度快。圖源：ESA

周四，發表在《科學》雜誌上的一項研究表明，大氣潮汐波使金星大氣旋轉速度遠高於金星本體。這些潮汐波是由於太陽在白天的加熱，夜晚溫度相對較低而形成的。

金星是以羅馬神話中愛與美的女神「維納斯」而命名的，在其厚厚的雲層中還隱藏著更多的神秘。金星的大氣層以每秒200米的速度運行，比行星本身的旋轉速度快60倍。

這種超級自轉對於金星來說是相當獨特的，它只能在土星最大的衛星土衛六中被觀測到。

為了幫助解決這一問題，這項新研究的研究小組使用Akatsuki太空飛行器獲得的圖像。這艘太空飛行器，也被稱為金星氣候軌道器，用於探測金星大氣，於2010年5月由日本宇宙航空研究開發機構（JAXA）發射，並於2015年12月開始環繞金星運行。

圖解：在日語中，Akatsuki的意思是「黎明」或「黎明」。在四年半的旅程中，它提供了關於太陽風是如何產生的信息，也為解決太陽日冕加熱問題提供線索。日本宇宙航空研究開發機構（JAXA）宣布，他們的飛船Akatsuki將再次嘗試進入環繞金星的軌道。圖源：JAXA

科學家小組跟蹤雲層，並從Akatsuki飛船上的紫外和紅外相機拍攝的圖像中獲取金星表面的風速。

在分析了這些數據後，科學家們注意到了一種熱潮汐，或者說是一種由太陽在赤道附近加熱而引發的大氣波。金星的平均溫度是462攝氏度，但是在高層大氣中溫度會變低，從-43攝氏度到-173攝氏度。

金星上的大氣波加速了低海拔處大氣的自轉，使其速度比行星本身快得多。

圖解：改圖表明金星的大氣以高於金星本身的速度旋轉的機制。圖源：inverse

科學家們經常認為，金星的現在的狀態就是地球的未來長期要面臨的處境。這兩顆行星有著相同的大小和組成，金星在年輕時可能一度看起來像地球，但它的大氣變化導致了我們今天觀察到的乾燥行星。

圖解：該圖為藝術家對以前盛水的維納斯的印象。研究金星的科學家認為，在過去的某個時刻，金星的含水量遠遠超過了今天乾燥的大氣所顯示的水平，甚至可能是海洋。但隨著太陽變得越來越熱，越來越亮（這是老化的自然結果），金星的表面溫度上升，最終蒸發了所有的海洋。圖源：inverse

因此，對金星的研究不僅能讓科學家們對太陽系中的行星有深入的了解，也為大氣科學提供了一個有趣的研究案例。

圖解：金星。這是一張由麥哲倫任務返回的數據彙編而成的全球雷達圖像拼接圖。可見光波無法穿透金星上厚厚的雲層，雷達需要從太空觀察地表。圖源：NASA

金星在研究太陽系外奇異的系外行星方面也很有用。

圖解：用氣體照射光線時，氣體中的化學物質會吸收光線並在其上留下化學特徵。在這種情況下，行星發出的氣體包裹層吸收了恆星色球層的光。由於這項新技術，以前「隱藏」的系外行星可能很快就會曝光。圖源：NASA

霍裡諾奇說：「我們的研究有助於更好地了解潮汐鎖定的系外行星上的大氣系統，這些系外行星的一側總是面向中心恆星，這與金星擁有很長的太陽日類似。」

摘要：金星有一個厚厚的大氣層，其旋轉速度是地表的60倍，這種現象被稱為超自轉。我們利用從Akatsuki太空飛行器上獲得的數據，來研究在旋轉速度最高的雲層中如何維持超級自轉。熱誘導的緯向垂直環流使繞旋轉軸的角動量分布均勻化。維持超級自轉需要大氣波和湍流來抵消。在這些影響中，熱潮汐在低緯度雲頂附近傳輸角動量，維持旋轉峰值。其他行星尺度波和大尺度湍流的作用方向相反。我們認為在中緯度，水動力不穩定性會調節角動量分布。

作者: inverse

FY: 武薇

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