為什麼金星自轉要243天,大氣層卻只要4天,就能繞金星轉一圈?

來自金星探測器「破曉號」(Akatsuki)宇宙飛船的圖像，揭示了是什麼讓金星的大氣層比行星本身旋轉得更快。由北海道大學Takeshi Horinouchi領導的一個國際研究小組透露，這種「超級自轉」是由金星白天的太陽加熱和夜間冷卻形成的大氣潮汐波維持在赤道附近。然而，在更靠近兩極的地方，大氣湍流和其他類型的波會產生更明顯的影響，其研究成果發表在《科學》期刊上。

金星自轉非常慢，繞其軸自轉一周需要243個地球日。儘管自轉速度非常慢，但金星大氣層向西旋轉的速度比金星本身自轉速度快60倍。這種超級自轉隨著高度的增加而增加，只需要四個地球日就可以繞著整個金星向雲層的頂部旋轉。快速移動的大氣層將熱量從金星的白天（晝半球半球）輸送到夜晚（夜半球），從而縮小了兩個半球之間的溫差。

圖示：金星-以東經90度為中心的計算機模擬全球視圖(NASA/JPL)。

然而，自從20世紀60年代超級自轉被發現以來，其形成和維持機制一直是一個長期存在的謎。Horinouchi和來自空間與宇航科學研究所(IAS，JAXA)和其他研究所同事開發了一種新的、高精度方法，可以從「破曉號」太空飛行器上紫外和紅外攝像機提供的圖像中跟蹤雲層並得出風速。「破曉號」太空飛行器於2015年12月開始繞金星運行，這使得科學家們能夠估計大氣波和湍流對超級自轉的貢獻。

該研究小組首先注意到，低緯度和高緯度之間的大氣溫差如此之小，以至於如果沒有緯度之間的環流，就無法解釋這一點。由於這樣的環流應該會改變風的分布並減弱超旋轉峰值，這也意味著存在另一種機制來加強和維持觀測到的風分布。進一步的分析表明：這種維持是由熱潮支持的（一種由日側和夜側之間太陽加熱對比激發的大氣波）在低緯度提供了加速。早期的研究認為，大氣湍流和熱潮以外的波動可能提供了加速度。

圖示：維持金星大氣層超自轉(黃色)的系統，赤道頂的熱潮(紅色)加強了向西的超旋轉；大氣受到雙重循環系統的控制：緩慢向兩極輸送熱量的經向(垂直)環流(白色)和快速向行星黑夜輸送熱量的超級自轉。

然而，目前的研究表明，儘管它們在中高緯度發揮著重要作用，但在低緯地區起到了相反的作用，對超自轉起到了微弱的減速作用。研究發現揭示了維持超自轉的因素，同時提出了一個有效地在金星全球範圍內輸送熱量的雙重循環系統：緩慢向兩極輸送熱量的經向環流和向行星夜側快速輸送熱量的超自轉。本研究可以幫助更好地理解潮汐鎖定系外行星上的大氣系統，這些行星的一側總是面對中央恆星，這類似於金星有非常長的太陽日。