印度計劃探索金星,它沒有磁場,為何大氣層比地球濃厚百倍?

2021-01-17 老粥科普

如果在太陽系裡找一個如同「地獄」一般的星球,那一定非我們的鄰居金星莫屬了。

金星,西方為它取了一個美麗的名字——維納斯,這是古羅馬神話中愛與美的女神。可是如果你撩開金星表面厚重的面紗卻驚奇地發現,她一點兒也不美,相反,她的表面堪比煉獄。

金星的大氣

用天文望遠鏡看金星,它不是上圖的這個樣子,實際上上面這張圖中金黃的顏色是天文學家們人為給金星添加上去的偽色(假彩色),沒有人知道它表面真實的顏色。我們通常看到的金星是它的厚重的大氣層外表,正如美國國家航空航天局MESSENGER任務拍攝的這張照片所示,濃雲籠罩的金星似乎沒有任何特徵:

若是在金星附近用紅外線相機拍攝,就會發現金星的大氣是另外一個模樣:

這意味著金星的外部大氣層以極快的速度流動,事實上它的風速達到300公裡/小時。

金星的大氣質量是地球的93倍,考慮到金星與地球大小相當,在它的地表大氣壓是地球海平面的92倍,這相當於地球海面之下1公裡處的壓力。

金星稠密大氣層中,二氧化碳佔到了96.5%,剩下的3.5%是氮氣和其它的微量氣體,比如二氧化硫、水氣和硫酸霧滴等等。

由於二氧化碳是溫室氣體,如此稠密的大氣給金星地錶帶來難以置信的高溫。如果你站在金星的地面,你會迅速變成一個「熟人」,因為這裡的平均溫度高達462°C,這比我們烤箱裡的溫度高多了,它可以融化鉛!並且你找不到涼快一點的地方,無論你在南半球還是北極、白天還是黑夜,所有的地方溫度都一樣在450℃以上。這是因為金星大氣對流極其充分,並且稠密的二氧化碳氣體擁有強大的熱慣性。

金星是如此炙熱,以致於人類派去的所有著陸器無一例外地迅速「陣亡」,正因為如此,金星是到目前為止人類了解最少的鄰居。

金星為什麼如此炙熱?

其實在幾十億年前,金星完全不是今天這個樣子。這裡有浩瀚的大海,甚至可能比當時的地球還宜居。

為什麼海洋不見了?因為金星的磁場消失了。

在太陽系形成之初還有一大批遊蕩的碎片、小行星和星子,因為太陽引力的關係,數億年後它們襲擊了處於近日軌道的各個行星。金星受到持續撞擊,它不僅不再像別的行星那樣由西向東自轉,反而以極慢的速度反向旋轉起來。於是在太陽系的行星中出現了這樣的奇觀:金星上的太陽從西邊升起,並且每243個地球日才能看到一次日出,而金星的一年卻只有224.7個地球日——金星的一天比一年都長。

這意味著金星幾乎是不轉的,它的內核也跟著停止運動,金星失去了磁場。

更加糟糕的是,強烈的天體撞擊使金星的地殼破裂,活躍的火山噴發將地底的二氧化碳和二氧化硫氣體帶到大氣層中,由此引發的溫室效應蒸發了海水,水蒸氣是一種更強的溫室氣體,這使得金星的溫室效應失控,金星越熱,就有越多的海水蒸發,由此一發不可收拾。

蒸發到大氣中的水並不能長時間地保留,失去磁場保護的金星不能抵擋太陽輻射的侵襲。太陽風及紫外線會對大氣層中的水分子進行光解,將其分解為氫和氧,然後吹散到太空中。剩下的少量水分子與二氧化硫結合形成硫酸水合物,它們在金星大氣裡形成硫酸雲。

金星的磁場

對於金星的磁場,天文學家有兩種截然不同的觀點。一種觀點認為金星的地核已經完全凝固,它與地幔凝為一體,地幔溫度升高,從而減少了核心的熱通量,無法產生「發電機效應」,所以金星沒有磁場。而另一種觀點則認為金星的地核至今依然是個全液態的鐵金屬「海洋」,核心的整個液體部分處於大致相同的溫度,缺乏溫度差使其無法產生對流,因此不能產生「發電機效應」。儘管原因都是靠猜,但結論都是一樣的:金星沒有像地球這樣的磁場。

金星的周圍其實是存在著微弱的磁層,這個磁層並非由金星磁場產生,而是由其大氣的電離層和太陽風之間的相互作用引起的。這種小誘導磁層對金星大氣的輻射保護幾乎可以忽略不計,金星大氣中的水被不斷分解,然後吹散到太空中。金星失去了海洋,它變得極其炎熱乾燥,不再適合生命存在。

為什麼金星大氣得以保存?

太陽輻射可以分解水,但它沒有足夠的能量分解二氧化碳、二氧化硫和硫酸。與此同時,金星地表的火山運動在幾十億年間持續不斷地將二氧化碳和含硫氣體輸送到大氣層,這使得金星大氣層中這些氣體持續增加。

數十年來美歐的金星軌道探測器對金星大氣層分析結果顯示,金星大氣中二氧化硫的水平出現過數次高峰,並且探測器也通過紅外遙感設備探測到金星地表存在火山活動跡象,這說明金星依然是一顆地質活躍的星球。

金星沒有明顯的板塊運動跡象,它的地殼很厚。由於大氣層極其稠密,直徑50米以內的小行星都無法對金星地表造成威脅,它們在大氣層裡就燃燒解體了。金星地面風速不快,但稠密的空氣對地面的侵蝕作用很強,風會對障礙物施加強大的力,在地面上運送灰塵和石塊,這使金星總體趨向平坦,除了那些非常大的火山和隕石坑,小一些的隕石坑都消失不見了。

金星的火山數量是地球的數倍,它有167座大型火山,這些火山活動一方面將地下的熱流帶到地表,同時也為金星大氣源源不斷地提供補充。儘管太陽風至今依然在剝離金星表層大氣,但金星有足夠的引力可以保留住大多數二氧化碳,至少幾十億年來它就是這麼做的。

登陸金星不容易

它是距離地球最近的行星,與地球大小相當,有大氣層,照理說應該是人類宇宙探索的首選之地,為什麼大家都在討論如何登陸更小更遠的火星,避談更大更近的金星?因為它太惡劣了。

自1960年代以來,人類一共向金星發射了四十多顆探測器,其中11次發射失敗,7次太空飛行器失靈,成功著陸金星的9個探測器全是前蘇聯的。這也是為什麼我們至今對金星地面情況知之甚少的原因,我能找到唯一一張金星地表的照片是1975年前蘇聯Venera 9著陸器在金星表面的180度廣角黑白照片。

鑑於金星地表環境極其惡劣,美國、歐洲和日本發射的多顆探測器基本都選擇了軌道遙測的方式,也沒有辦法在金星地面部署地震遙感設備(儘管這對行星研究非常重要)。1978年12月9日,美國「金星先鋒(Pioneer Venus Multiprobe)」多功能探測器在軌道上向金星大氣層發射了5枚(1大4小)傳感器「探針」,其中只有一枚到達金星地面,並且緊接著就失效了。

在20世紀60~80年代,美蘇兩國競相向金星發射了數十顆探測器,最後的結果是前蘇聯取得了部分成功,而美國科學家則選擇在金星大氣層上方進行遙測。1989年之後,美俄放棄了向金星發射探測器,這從一個側面也反映出金星探測的艱難程度。現在印度想接棒探測金星,這從科學角度來看是值得讚許的,讓我們祝願它取得成功。

相關焦點

  • 地球靠磁場保護大氣層,金星沒有磁場,大氣為何能比地球濃厚百倍
    我們的地球有濃厚的大氣層,所以我們人類以及其他的生命物種才可以生存在地球上。但地球之所以有大氣層,是因為地球有獨特的磁場,它可以阻擋太陽風對地球高層大氣的襲擊,不然,速度高達每秒500~1000公裡的太陽風可以輕鬆的吹跑地球高層大氣,導致地球大氣層越來越稀薄,最終會導致地球成為一顆近乎於沒有空氣的星球。
  • 金星質量還沒地球大,大氣壓卻是地球近百倍,濃厚大氣層咋形成的
    但現實卻完全不是這樣,金星的表面幾乎就是一個地獄般的世界。金星地表整個星球的平均溫度大約為460攝氏度,全球溫差相差不大,金星表面的氣壓非常高,是我們地球表面大氣壓的近百倍(96倍),相當於我們地球海洋900米深處的水壓,那麼既然金星的質量(地球質量的80%)和地球差不多,為什麼它表面的大氣壓卻如此之高呢?
  • 金星距太陽更近,且沒有磁場保護,為何會有達地球百倍的大氣壓?
    要擁有適宜的大氣,就必須要擁有一定的質量,如果行星的質量太小,是無法吸引較多的氣體形成大氣的,所幸地球的質量足夠,它在太陽系的所有巖質行星中,可以算是最重的存在。好在地球與太陽之間的距離足夠遠,而且太陽本身也是一顆相對穩定的恆星,太陽風活動並不是太過劇烈。當然,只是這樣還是不夠,大氣的穩定存在還需要磁場的保護,地球擁有強大的磁場,可以保護7萬公裡以外的大氣免受太陽風吹散。地球正因為具備上述這些條件,因此才有了穩定的大氣。而相比之下,太陽系的其它巖質行星就沒有這麼幸運了。
  • 土衛六沒有磁場,為啥有比地球還濃厚的大氣層?這三個原因決定的
    在太陽系中,沒有磁場的星球往往就沒有大氣層(金星除外),距離太陽越近越是如此,比如水星,幾乎完全沒有大氣層,再比如火星,只有很稀薄的大氣,表面氣壓只相當於地球表面氣壓的0.8%,這都是和它們沒有磁場保護大氣層有關。
  • 沒有磁場的金星為什麼會有大氣層?
    在太陽系裡面,金星的質量極其地接近地球,大約為地球的80%,儘管現在的許多人們都認為金星沒有磁場,但是其實金星的局部地區還是擁有磁場的。 金星的大氣層中96.5%的成份是二氧化碳,這種大氣層的成份與地球的大氣層成份完全不同,大氣比地球大90倍,大氣中還漂浮著濃厚的硫酸雲。
  • 金星和火星都沒有磁場,為何金星卻擁有厚厚的大氣層?
    金星被古羅馬人成為維納斯,代表著愛和美。它是距離太陽1.2萬公裡,是距離太陽第二近的行星。它的大小和地球差不多,質量大約是地球的0.8倍。如果從宇宙中觀看兩顆行星,我們就會發現金星和地球別無二致。而且,金星和地球一樣,也擁有厚厚的大氣層,甚至比地球還要厚。可是,為什麼金星幾乎不可能存在任何生命呢?
  • 水星是行星,卻沒有大氣層,這顆衛星的大氣卻比地球還厚,啥原因
    在我們的太陽系中,水星、金星、地球和火星都是有固態表面的巖質行星,但是這四顆星球的大氣狀況卻差別極大,其中水星基本沒有大氣層,而金星的大氣層卻非常濃厚,表面大氣壓是地球表面氣壓的近百倍,地球也有大氣層,它是我們賴以生存的基本條件之一,而火星的大氣則非常的稀薄,表面氣壓只有地球表面氣壓的
  • 金星上沒有磁場,距離太陽也很近,太陽風為何吹不走它的大氣層?
    太陽系的幾顆行星中,地球有著大氣層;火星的大氣層非常稀薄,壓強不足地球的1%;更遠軌道處的木星、土星直接就是一個氣態行星。 一個行星有沒有大氣層主要取決於以下幾個因素:行星的質量、行星到太陽的距離、有沒有磁場。行星的質量越大,其表面的逃逸速度往往就越大,氣體分子不容易逃逸出行星引力的束縛。
  • 大氣層有多重要?沒有它就沒有生命,這是宇宙對地球的眷顧
    那麼,為何地球上會擁有濃厚的大氣層呢?研究認為,這或許是宇宙對生命的眷顧。大氣層是如何產生的?簡單來說,大氣層是受到重力的影響,而圍繞著星球的一層混合氣體。當然,無論是哪一種原因,都意味著,大氣層的出現和持續穩定,都不是一件容易的事情。拿金星來說,研究認為,金星上濃厚的大氣層就與金星上火山噴發有關。雖然現代研究認為,大氣層可以抵禦太空輻射,但是,並不是所有擁有大氣層的固態星球都適合生命孕育,因為大氣層存在後,固態星球是會否能留住大氣層,長期穩定的一路相伴下去,也是一個非常重要的問題。
  • 金星的大氣壓為什麼能達到地球的近百倍?
    其中距離地球越近的星球,人類對它的了解就越深。比如說月球,科學家對月球的了解可以說是跟地球一樣了。不僅各種各樣的探測器都已經在月球著陸,甚至連太空人都登陸過月球了。而稍微再遠一點的火星,別看它現在看上去是一幅光禿禿的樣子。通過美國NASA的好奇號火星車,我們已經了解到,火星在遙遠的四十多億年前,曾經也有過浩瀚的大海以及濃厚的大氣層,說不定還有過生命的存在。
  • 同樣是行星,為何很多星球都沒有大氣層?原來這是宇宙的恩惠
    在地球的外圍,存在著一層因為重力原因,而緊密圍繞著地球的混合氣體,它包圍著地球上的海洋和陸地,也是地球生命的保護傘,這層混合氣體,就是我們熟悉的大氣層。不過,在地球上看起來很正常的事情,到了宇宙之中,就變得特別起來,這是因為大氣層並不是固態行星的專屬配置,那麼,為何很多固態行星上沒有大氣層呢?
  • 地球為什麼有大氣層?
    ,比如水星,那麼為什麼地球有大氣層,而月亮上沒有呢?太陽系八大行星中,木星,土星,天王星,海王星,都因為質量很大,所以吸附了很多氣體而成為氣態星球,這說明引力的確起著主要的作用,地球的質量雖然沒有他們大,但也有著強大的引力,所以也可以吸附大氣層,但是如果你認為地球有大氣層只是地球引力強大的原因,那就不對了,比月球的質量還小得多的冥王星引力當然要小很多,但它卻有稀薄的大氣層,但是比冥王星的質量大好多的水星的大氣層卻非常小
  • 金星為何不存在磁場?若地核冷卻,地球將變成「第二金星」
    審核:小文引言:一直生活在地表上的人類很少關注地球內部的情況,因為那是一片表面上與人類社會不存在多大關係的區域。但是在科學家看來,地球內部的活動情況是十分重要的,它決定著地球的發展方向,也決定著地表生命的發展方向。
  • 金星比火星更神秘,科學家為什麼不探索金星?
    2019年10月11日,中國成功發射火星探測器——火星一號,首先探測火星表面大氣層、火星的地球地貌以及內部的地質結構,期初探索火星內是否有生物的存在,生命的起源,查看火星是否具有地球移民的條件。相對中國對月球、火星的探索進來來看,中國為什麼不先盡心探索金星的計劃呢?畢竟從物理學的角度來講,從地球達到火星至少需要286天,而到達金星的時間為100天左右。
  • 金星和地球很像,為何科學家不願探索金星?而更喜歡火星
    據記載,火星與地球相距約5600萬公裡,金星則距離地球約4300萬公裡。通過比較我們知道,金星與地球的距離可比火星近多了。​金星和地球很像,為何科學家不願探索金星?當年技術還不夠發達的時候,沒有通過探測器去探測金星,僅是通過上述的數據來一廂情願的認為,因為金星和地球的相似,所以金星上的環境應該也和地球不相上下,金星會是一個炎熱溼潤的星球,而且也有智慧文明存在。
  • 太陽系唯一有大氣層的衛星,質量僅地球1/50,卻比地球大氣還濃厚
    我們的地球有著較為濃厚的大氣層,它也是生命生存的基礎條件,但是地球的衛星月亮上就沒有大氣層,所以月亮上也沒有生命,這是由於月亮的質量較小,而且沒有磁場的原因。但是在我們太陽系中卻有這樣一顆星球,它的質量和月亮差不多,本身也沒有持長,然而卻有著比地球更加濃厚的大氣層,這顆星球就是土星的衛星土衛六。那麼土衛六為什麼會有這樣濃厚的大氣層呢?說起來主要有兩個原因,那就是星球質量和磁場了。
  • 同樣沒有磁場,為什麼火星大氣被吹跑了,金星大氣卻比地球還多?
    本文參加百家號科學#了不起的天文航天#系列徵文這可能很多朋友在科普行星磁場時各位朋友碰到的最大難題,因為同樣在沒有磁場(極微誘發磁場)的條件下,火星只有一個大氣壓只有地球大氣壓1%的二氧化碳大氣層,而金星卻有一個大氣壓是地球92倍、二氧化碳含量超過96%的超級大氣層,這如何解釋?下面來探討一下這個有趣的話題。
  • 金星與地球是姐妹星球、科學一直探索金星屢屢失敗
    金星是一顆類地行星, 它的質量與地球類似。 從距離上來講 它是離地球最近的行星, 被稱為地球的姐妹星。 但是人類目前卻放棄了對金星的研究, 反而選擇了火星 這是為什麼?與地球的溫度差不了幾度,如果人類將來真的遷居到火星上那麼一年的日子就不是365天了、那就是在火星上一年687天、太陽系中行星分布依次為水,金,地,火,土,木,天王,海王,冥王,九大行星、以太陽為中心向外排列,金星離太陽近,他的外近鄰就是地球。而地球的外一個行星是火星(月球不算),人類探索或登陸大都去火星,不會去金星。
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  • 探索金星先驅!金星是「最像地獄的地方」
    即便在地球上,在天氣晴空的時候,人們抬頭遠眺,也能通過肉眼清晰可見它的光芒與朦朧的樣子。而在中國古代,太白、啟明、長庚都是金星的代稱。在西方,人們叫它「維納斯」,是羅馬神話中愛與美的女神的名字。由金星的名字可見,中西方都對金星有著美好的期待。自古至今,都有許多人想要知道金星的表面到底是什麼樣。