為什麼金星大氣層的旋轉速度,比行星的自轉速度快60倍?

為什麼研究金星的大氣層，包括困惑人類近60年的超級旋轉現象？

根據人類目前對太陽系的了解，在圍繞太陽運行的八大行星中，金星的無形運轉軌道圖形與正圓最為接近，因為它擁有0.006811的最小偏心率。由於金星的亮度可以達到-3.3至-4.4等，所以，它看上去會比天狼星的亮度還要強14倍左右。

而生活在地球上的人們，也只有在傍晚或清晨來臨的時候，才有可能在天空的西側或東側覓得金星的身影，它正是古人口中的太白、或太白金星。一直以來，金星總是被人們稱為地球的姊妹星球，儘管金星和太陽之間只有0.725個天文單位的距離。

而金星也跟我們的地球一樣同為類地行星，且質量大小更是特別相近，雖然這顆星球上的天空看上去會是橙黃色的，但同樣也存在地球上常見的雷電現象。儘管金星上環境已演化到非常惡劣的程度，但在金星50到65千米高度的大氣層區域，卻具有和地球相似的溫度和氣壓，這也是為什麼科學家們從未停止對金星大氣層進行研究的原因之一。

然而，即便早在20世紀60年代的時候，當時的科學家們就發現了金星大氣層存在「超級旋轉」現象。但是，這樣的現象是怎麼形成、並持續至今，卻成為了一個困擾人類長達60年時間的難解謎團。那麼，為什麼金星大氣層的旋轉速度，會比行星本身的自轉速度還要快60倍左右？

金星的超級旋轉-大氣層的旋轉速度比行星的自轉速度快60倍

金星大氣層的超級旋轉現象是指什麼？

太陽系中的所有行星都有自己的運轉周期，正如地球不停地公轉和自轉，讓我們感受到了一年四季中的不同色彩，以及白晝與黑夜之間的交替輪迴。與太陽系中的其他行星相比，金星在旋轉特徵上似乎表現出的更加與眾不同。如果只是一組數字可能難以讓大家有一個直觀的感覺，那麼，我們可以將金星和地球在相同維度上進行對比。

金星固體表面的旋轉周期雖然長達243天，但其大氣層的旋轉速度卻快到只需要4天時間。而地球大氣層的旋轉速度，實際上只有星球本身運轉速度的10%到20%左右。即：金星大氣層存在的超快旋轉速度，達到了行星固體表面的60倍左右，這便是所謂的超級旋轉。

事實上，不管是黑夜還是白晝，金星大氣層的超級旋轉現象都不曾間斷，它只是會在夜晚來臨之後表現得更加難以讓人預測罷了。或許很多人都有所不知，最早觀測到金星大氣層的人是一位來自俄羅斯的科學家，恰逢1761年金星凌日的時候。缺乏磁場的金星，不像我們的地球能夠替所有生命攔截大部分來自太陽的有害輻射，金星的電離層只能實現太陽風、太空和大氣層三者之間的分離。

超級旋轉現象的形成和維持機制是什麼？

對金星探索有興趣的朋友們，應該不會對日本的宇宙飛船金星氣候軌道器（Akatsuki）感到陌生，而科學家們得以揭開金星大氣層的超級旋轉現象，主要是通過星球上湍流和波浪來維持的研究結果，便是建立在這個宇宙飛船的實際觀測數據之上。

在日本的赤月宇宙飛船上，搭載的紅外成像相機有3臺，而可見光相機和紫外線成像相機則分別一臺。科學家們之所以可以跟蹤到金星雲層信息，便是利用了該太空飛行器上的紅外和紫外圖像研究出了一種更精確的方法，終於，研究人員通過對金星雲的追蹤，實現了對金星大氣層風速的準確測量。

簡單來說，不管是從赤月太空飛行器獲取到的風速信息，還是金星上大氣波、湍流對超級旋轉的輔助作用，乃至其他維持超級旋轉現象的機制，其實都離不開該太空飛行器的貢獻：

第一：金星大氣層的超級旋轉現象與該星球上的大氣潮汐有關。雖然金星上的一天也有晝夜之分，但不管是夜晚之後的冷卻反應，還是白天被太陽加熱的過程，都會導致星球赤道附近形成大氣潮汐。而且，這兩個不同時間形成的波浪是一樣的。

第二：位於兩極附近的大氣湍流，會比大氣潮汐帶給金星大氣層超級旋轉的影響更明顯。因為，從太空飛行器赤月捕獲的信息來看，如果並不是在跨緯度大氣環流的前提下，行星大氣層中溫度的變化，的確難以通過大氣波的作用來進行解釋。簡而言之，金星大氣層還存在另一種循環模式，該機制足以對金星上風的分布進行控制。不管是維持、還是進一步加強超級旋轉，就是這樣的機制在改變大氣層風力分布的同時，將超級旋轉峰削弱。

第三，從研究人員的建模和分析結果來看，在金星低緯度地區，風的移動速度應該還與始於日差溫加熱現象的熱潮存在聯繫。而且，潮汐對超級旋轉的作用力大小，還在低緯度和高緯度位置表現出明顯的差異性。在金星的高緯度位置，潮汐可以呈現出明顯的加速作用，但在金星的低緯度位置，潮汐卻很難讓這樣的作用得到緩解。

金星的大氣環境，為什麼會比地球大氣層厚重得多？

眾所周知，在地球大氣層的物質構成中，大約有78%的部分都是氮氣，但是，金星上含量佔比明顯低於二氧化碳的氮氣總體量，依然相當於地球大氣層中氮氣總含量的四倍左右。為什麼說宇宙中的每一顆行星都不可複製？正如大家現在看到的這樣，僅僅是大氣環境這個層面，同為類地行星的金星便與地球存在很大的不同，這大概也是為什麼科學家們這麼久都沒有找到另一個地球的重要原因吧。

倘若要用最簡單直接的一句話來描述金星的大氣環境，那麼，厚重而濃密便是其主要特徵，而這一切都跟它大氣層中的物質主要是二氧化碳、氮氣，以及其他微量氣體組成密切相關。

與此同時，金星上的大氣壓強也和地球的強度不在一個層次，地球的大氣壓強相當於金星的1/92，這個壓強跟地球海底1000米左右位置的壓力差不多。而金星大氣層的物質構成特點，同時也導致了這顆星球表面的溫度極高，最高溫度可達500℃，便是行星已經出現溫室效應失控的最好印證。

具體而言，當太陽光照射在金星厚重濃密的大氣層，位於其中的雲層會直接將陽光反射出星球，這便是為什麼大部分從太陽散發出的光芒都難以抵達金星的表面。而金星大約可以達到60%的熱輻射反射率，便足以體現太陽光的反射率會比這個數值本身更大。從目前的研究數據來看，金星上厚度極大的雲層，能夠將太陽輻射的75%左右全部反射回太空中。

簡而言之，行星本身和太陽之間的距離，並非金星表面長期持續高溫環境的主要因素，而是因為星球上一直都在發生的強烈溫室效應，所以才所產生了這樣極端的保溫效應。

或許，在此之前，很多都覺得金星表面之所以會具有極高的溫度，主要是因為它和太陽之間的距離太近，但並不是這麼回事。事實上，如果不是因為金星大氣層的特殊性造就了強烈的溫室效應，那麼，金星和地球在表面溫度這個維度並不會有太大的差距。

行星科學-揭開金星超級旋轉之謎為我們帶來了什麼？

終於，在數十年之後，金星大氣層長期存在的超級旋轉現象的形成原因，以及維持機制都得到解答。與此同時，我們也從這項研究中了解到，為什麼金星會擁有如此特別的大氣氛圍，以及在金星周圍傳遞的熱量是通過怎樣的方式進行傳輸：

對於金星大氣層的超級旋轉而言，其實就是將白天的熱量轉移到了夜晚，而金星兩極位置的熱量來源，則始於行星沿著子午線的特殊熱量循環過程。

地外生命一直是很多人關注的熱門話題，而所有能夠承載生命繁衍生息的基本條件，都建立在一個位於可居住範圍之內的行星之上。雖然，目前的金星並不具備讓已知地球生命存活下去的友好環境，但站在行星科學的角度來說：

對於金星進行的所有研究，包括大氣層的超級旋轉現象，不僅是加深人類對金星這顆行星本身的認識，更能幫助科學家們了解已經確認的其他系外行星。因為，只要是是具有潮汐鎖定的系外星系，它們一個側面便會一直都朝著自己的母恆星，而這些行星的大氣系統也會跟金星上的大氣系統存在相似之處。

總而言之，行星科學的意義往往都不會被局限於被研究的星球本身。宇宙的年齡大約有138.2億年，太陽目前的年齡大約在46億歲，而我們的地球也跟宇宙中的其他存在體一樣，同樣會因為星球自身的生命周期而經歷繁榮和死亡。

但是，人類在地球上可以追溯到的進化時間大概只有短短的幾百萬年，而一個人的一生往往也不過短短數十年，所以，我們無法通過這短暫的一生、乃至短暫的人類進化史，來研究行星或其他宇宙物體的完整演化歷程。

所以，我們的科學家們只有對宇宙中不同類型的行星，處於不同演化階段的行星同時進行探測和研究，才有可能將行星科學這個領域的信息更準確而全面的記錄下來。在人類去往另一個星球生活之前，地球依然是唯一能夠讓我們賴以生存的棲身之所。而行星科學，同時也能幫助我們了解地球的過去，以及預計地球可能將要面對的未來會是什麼樣子。