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。