星辰大海之旅(21)金星(上)

高大的廣玉蘭 發佈 2019-12-31T09:23:30+00:00

夕陽落山,晚霞映染西山,或漫步校園,或踏上河堤,不經意地望見它在遠遠的天邊,金光閃閃,很明亮,很惹眼。


金星,多麼美的名字!夕陽落山,晚霞映染西山,或漫步校園,或踏上河堤,不經意地望見它在遠遠的天邊,金光閃閃,很明亮,很惹眼。至今還記得,在家鄉山崗上早起的時候,看到過它動人的笑容。然而,看過有關它的影片,再去了解它,便知道金星上的環境是何等嚴酷,它超出了我的想像。在搜集、整理、編輯、學習的過程中,知識面不斷擴大;同時重溫舊知,仔細咀嚼難點,發現這裡涉及到一些天文、數學和物理等方面的知識。

一、星體特性

金星(Venus),太陽系中八大行星之一,按離太陽由近及遠的次序,是第二顆,距離太陽0.725天文單位,即1.082億千米。它是離地球最近的行星(火星有時會更近)。

中國古代稱金星為長庚、啟明、太白或太白金星。古羅馬人稱維納斯,古希臘神話稱阿佛洛狄特,她們都是愛與美的女神。所以金星的天文符號是♀(女性),一如「維納斯的梳妝鏡」。

金星是一顆類地行星質量與地球類似,也叫地球的「姐妹星」。是太陽系中唯一沒有磁場的行星。

在地球上看金星與太陽的最大視角不超過48°,因此金星不會整夜出現在夜空中。以地球為三角形一頂點,分別連結金星和太陽,這個角度非常小,最大只有48.5°,這是因為金星的軌道處於地球軌道的內側。因此,當我們看到金星的時候,不是清晨便是傍晚,且分別處於天空的東側和西側。我國民間稱清晨出現在東方的金星為「啟明星」,傍晚處於天空西側的金星為「長庚星」。夜空中金星的亮度(視星等-3.3~-4.4)僅次於月球,排第二。金星要在日出稍前或者日落稍後才能達到最大亮度。

金星的位相變化同月球一樣,也具有周期性的圓缺變化,但由於離地球太遠,肉眼無法看到。伽利略曾經用金星的相位變化作為證明哥白尼的日心說的有力證據。

金星是全天中最亮的行星,比著名的天狼星(除太陽外全天最亮的恆星)還要亮14倍,猶如一顆耀眼的鑽石。金星和水星一樣,是太陽系中僅有的兩個沒有天然衛星的大行星。因此金星上的夜空中沒有「月亮」,最亮的「星星」是地球。由於離太陽比較近,所以在金星上看太陽,太陽的大小比地球上看到的大1.5倍。

從結構上看,金星和地球有不少相似之處。金星的半徑約為6073公里,只比地球半徑小300公里,體積是地球的0.88倍,質量為地球的4/5;平均密度略小於地球。但兩者的環境卻有天壤之別:金星的表面溫度很高,不存在液態水,加上極高的大氣壓力嚴重缺氧等殘酷的自然條件,有生命存在的可能性極少。可見,金星和地球只是一對「貌合神離」的姐妹。

金星周圍有濃密的大氣和雲層。只有藉助於射電望遠鏡才能穿過這層大氣,看到金星表面的本來面目。金星大氣中,二氧化碳最多,占97%以上。時常降落巨大的具有腐蝕性的酸雨金星表面溫度高達500℃,大氣壓約為地球的 90倍(相當於地球900米深海中的壓力)。

金星自轉方向跟天王星一樣與其它行星相反,是自東向西。因此,在金星上看,太陽是西升東落。

在八大行星中金星繞太陽公轉的軌道最接近圓,偏心率最小,且與黃道面接近重合。公轉速度約為每秒35公里,公轉周期約為224.70天,自轉周期為243日,也就是說,金星的自轉恆星日一天比一年還長。

不過按照地球標準,以一次日出到下一次日出算一天的話,則金星上的一天要遠遠小於243天。這是因為金星是逆向自轉的緣故;在金星上看日出是在西方,日落在東方;一個日出到下一個日出的晝夜交替只是地球上的116.75天。一天不一定等於一個自轉周期,水星也屬於這種情況。

金星逆向自轉現象有可能是很久以前金星與其它小行星相撞而造成的。金星的自轉周期和軌道是同步的,這麼一來,當兩顆行星距離最近時,金星總是以同一個面來面對地球。這可能是潮汐鎖定作用的結果。當兩顆行星靠得足夠近時,潮汐力就會影響金星自轉。當然,也有可能僅僅是一種巧合。

二、星體結構

理論推算,金星的內部結構和地球相似,有一個半徑約3100公里的鐵-鎳,中間一層是主要由矽﹑氧﹑鐵﹑鎂等的化合物組成的「幔」,而外面一層是主要由矽化合物組成的薄「殼」

依地球的構造推測,金星地幔主要成分以橄欖石及輝石為主的矽酸鹽,以及一層矽酸鹽為主的地殼,中心則是由鐵鎳合金所組成的核心。

金星的平均密度為5.24g/cm3,次於地球與水星,為八大行星中第三位。

一個直徑3000千米的鐵質內核和熔化的石頭為地幔,填充了大部分的星球(金星)。就像地球,地幔對流對表面產生了壓力,但它由相對較小的許多區域減輕負荷,使得它不會像在地球,地殼在板塊分界處被破壞 。

三、地質地貌

金星表面上有70%平原,20%高地,10%低地

在金星表面的大平原上有兩個主要的大陸狀高地。北邊的高地大約有澳大利亞那麼大,叫伊師塔地,擁有金星最高的麥克斯韋山脈(大約比喜馬拉雅山高出兩千米)。麥克斯韋山脈包圍了拉克西米高原。南半球有更大的阿芙羅狄蒂地,面積與南美洲相當。這些高地之間有許多廣闊的低地。由於金星濃厚的大氣讓流星等天體在到達金星表面之前減速,所以金星上的隕石坑都不超過3.2千米。

大約90%的金星表面是由不久之前才固化的玄武岩熔岩形成,當然也有極少量的隕石坑。金星的內部可能與地球相似:半徑約3000千米的地核和由熔岩構成的地幔組成了金星的絕大部分。來自麥哲倫(Magellan)號探測器最近的數據表明,金星的地殼比起原來所認為的更厚也更堅固。可以據此推測,金星沒有像地球那樣的可移動的板塊構造,但是卻有大量的有規律的火山噴發遍布金星表面。金星上最古老的特徵僅有8億年歷史,大多數地區都很年輕(但也有數億年的時間)。

金星的磁場與太陽系其它行星相比是非常弱的。這可能是因為金星的自轉不夠快,地核的液態鐵因切割磁感線而產生的磁場較弱造成的。這樣一來,太陽風就可以毫無緩衝地撞擊金星上層大氣。以前人們認為金星和地球的水在量上相當,然而,太陽風攻擊已經讓金星上層大氣水蒸氣分解為氫和氧。氫原子因為質量小逃逸到了太空。金星上氘(氫的一種同位素,質量較大,逃逸得較慢)的比例似乎支持這種理論。而氧元素則與地殼中物質化合,因而在大氣中沒有氧氣金星表面十分乾旱,所以金星上岩石要比地球上的更堅硬,從而形成了更陡峭的山脈、懸崖峭壁和其它地貌。一條從南向北穿過赤道的長達1200千米的大峽谷,是八大行星中最大的峽谷。

另外,根據探測器探測,發現金星岩漿里含有水。金星可能與地球一樣有過大量的水,但都被蒸發,消散殆盡,使如今變得非常乾燥。地球如果再離太陽近一些的話,也會有相同的運氣。

來自麥哲倫飛行器映像雷達的數據表明,大部分金星表面由熔岩流覆蓋。有幾座大屏蔽火山,類似於夏威夷火山的奧林匹斯山脈,不過集中在幾個熱點,大部分地區已形成地形,比過去的數億年要安靜得多了。

金星上沒有小的環形山,看起來小行星在進入金星的稠密大氣層時沒被燒光了。金星上的環形山都是一串串的,看來是由於小行星在到達金星表面前,通常會在大氣中碎裂開來。

瑪亞特山,金星上最大的火山之一,比周圍地區高出9000米,寬200千米,金星表面火山及火山活動為數很多。至少85%的金星表面覆蓋著火山岩。除了幾百個大型火山外,在金星表面還零星分布著100000多座小型火山,從火山中噴出的熔岩流產生了長長的溝渠,範圍大至幾百公里,其中最長的一條超過7000公里。

四、公轉自轉

金星繞軸自轉的方向與太陽系內大多數的行星是相反的。

金星繞太陽公轉一周224.65天所有的行星軌道都是橢圓的,但金星軌道的離心率小於0.01(接近圓)。當金星的位置介於地球和太陽之間時,稱為下合(內合),會比任何一顆行星更接近地球。

金星的自轉周期是243天,是主要行星中自轉最慢的。金星的恆星日比金星的一年還要長(243金星日相對於224.7地球日),但是金星的太陽日比恆星日短,在金星表面的觀測者每隔116.75天就會看見太陽出沒一次,這意味著金星的一天比水星的一天(176地球日)短。太陽會從西邊升起,然後在東邊落下。金星在赤道的轉速只有6.5千米/小時,而地球在赤道的轉速大約是1600千米/小時。

金星一年=224.65天,金星恆星日(自轉周期)=243天,金星太陽日=116.75天。

金星自轉有兩個特點:一是很慢,二是逆行,即順時針,或由東向西。

如果從太陽的北極上空鳥瞰太陽系,所有的行星都是以反時針方向自轉,但是金星是順時針自轉,金星的順時針轉是逆行的轉動。

令人好奇的是金星與地球平均584天的會合周期,幾乎正好是5個金星的太陽日(1金星太陽日=116.5天),這是偶然出現的關係,還是與地球潮汐鎖定的結果,還無從得知。

金星軌道穿越小行星

金星軌道穿越小行星,就是這顆小行星的軌道和金星的軌道相交。金星也有一顆准衛星——2002VE68。這顆小行星也是一顆「水星和地球軌道穿越小行星」,它似乎只和金星「作伴」了7000年左右,天文學家們預測它會於大約500年後脫離這個軌道。雖然小行星2002 VE68維持著與它相似的軌道,但金星還沒有天然的衛星。

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【注釋】

天文單位】天文單位是天文學中計量天體之間距離的一種單位。以A.U.表示,其數值取地球和太陽之間的平均距離。1A.U.=149597870千米。一般用以計量太陽系中各天體間的距離。

【黃道面】黃道面是指地球繞太陽公轉的軌道平面,與地球赤道面交角為23°26'。由於月球和其它行星等天體的引力影響地球的公轉運動,黃道面在空間的位置總是在不規則地連續變化。但在變動中,任一時間這個平面總是通過太陽中心。黃道面和天球相交的大圓稱為黃道。

恆星日】:子午線兩次對向同一恆星的時間間隔叫做恆星日,恆星日是以遙遠的恆星為參考系,是地球自轉360度的周期23小時56分4秒。簡單的說,恆星日是地球自轉周期。由於地球圍繞太陽公轉抵消掉一個太陽日,於是平年有366個恆星日,365個太陽日。閏年有367個恆星日,有366個太陽日。

【太陽日】太陽日是以太陽為參考點所度量的地球自轉的周期。即晝夜交替的周期,亦即一晝夜。是太陽連續兩次經過同一子午線的時間間隔,叫做一個太陽日,由於地球在自轉的同時還在繞日公轉,一個太陽日,地球要自轉360°59'需24小時

矽酸鹽矽酸鹽一般指矽酸。矽酸鹽:化學術語,所謂矽酸鹽指的是矽、氧與其它化學元素 (主要是鋁、鐵、鈣、鎂、鉀、鈉等)結合而成的化合物的總稱。它在地殼中分布極廣,是構成多數岩石(如花崗岩)和土壤的主要成分。

【地幔】地球分為地殼,地幔與地核三層。地函是其中之一

【地幔對流】:軟流層中的地幔物質由於熱量增加,密度減小,體積膨脹,產生上升熱流,上升的地幔物質遇到地殼底部向四周分流,隨著溫度下降,地幔物質密度增大,又沉降到地幔中,這一過程稱為地幔對流。板塊構造說認為地幔對流是板塊運動的主要驅動機制。由於地幔內部存在密度和溫度的差異,導致固態物質也可以發生流動。

磁感線】磁體對周圍的物體具有力的作用,是因為磁場的存在,為了形象的表示磁場分布,我們用以下實驗方法:在一塊條形磁鐵上放一塊玻璃,玻璃上撒上鐵屑,晃動玻璃後會發現,鐵屑有規律的排列成連接磁鐵兩端的曲線,在曲線上擺放小磁針,會發現小磁針的N極指向磁鐵S極,小磁針的S極指向磁鐵N極,我們把這些小磁針的指向從磁鐵N極到S極連接起來,得到的線就稱為磁感線。磁感線是閉合曲線。磁鐵周圍的磁感線都是從N極出來進入S極,在磁體內部磁感線從S極到N極。

切割磁感線是指物體在磁場中運動,而該運動在垂直於(或不平行)磁感線方向上有一定速度。切割磁感線運動會產生電流。閉合電路的一部分導體在磁場裡做切割磁感線的運動時,導體中就會產生電流,這種現象叫電磁感應現象。

潮汐】:潮汐現象是沿海地區的一種自然現象,指海水在天體(主要是月球和太陽)引潮力作用下所產生的周期性運動,習慣上把海面垂直方向漲落稱為潮汐,而海水在水平方向的流動稱為潮流。我們的祖先把發生在早晨的高潮叫潮,發生在晚上的高潮叫汐。這是潮汐的名稱的由來。在月球和太陽引力作用下,海洋水面周期性的漲落現象。

潮汐鎖定(或同步自轉、受俘自轉)發生在重力梯度使天體永遠以同一面對著另一個天體;例如,月球永遠以同一面朝向著地球。潮汐鎖定的天體繞自身的軸旋轉一圈要花上繞著同伴公轉一圈相同的時間。這種同步自轉導致一個半球固定不變的朝向夥伴。月球繞地球公轉、月球自轉的周期都是27.32天。

【離心率】離心率一般指偏心率,偏心率用來描述軌道的形狀,用焦點間距離除以長軸的長度可以算出偏心率。偏心率一般用e表示。e=c÷a。

2019-1-10

金星表面圖片:

2012年宇宙圖片:

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