互动科普

金星半径大约6000千米，与地球半径（约6400千米）相近。另外，金星和太阳之间的平均距离约为1.082亿千米，其公转轨道位于地球内侧（地球和太阳之间的平均距离约为1.5亿千米）。由于和地球大小相似，又相邻近，金星被称作地球的“兄弟星”。

极端温室效应的行星

但是，众所周知，金星表面的环境与地球大相径庭。比如，地球上地面气压大约为1个大气压，金星表面的气压却有90个大气压，这在地球上相当于海洋中水深900米处的压强。此外，金星表面是一个炎热的世界，温度高达460℃。

在地球上，大气中的二氧化碳约为大气总量的0.038%。近年由于人类活动，导致二氧化碳含量增加，从而使温度有所上升。金星表面的高温同样被认为是占金星大气96%的二氧化碳引发的强烈温室效应导致的，它或许可以被称作极端温室效应的行星。

JAXA的拂晓号项目总指挥中村正人教授谈道：“在地球上，二氧化碳溶于海中，在海底形成碳酸盐（形成石灰岩等的物质），存储在了地球的内部。其实，如果将其全部释放出来的话，地球大气中二氧化碳含量应和金星差不多。地球和金星在诞生之时大概是极其相似的，不知在何时命运发生了分化，才变成了现在这样截然不同的行星吧。我们对现在的金星进行详细的调查，正是想搞清楚使它们命运分化的原因。”

探索地球之外的行星，并不仅仅可以了解那颗行星，同时也与了解地球自身有着密切的联系。

图1. 地球和金星的特征

地球和金星大小相似，公转轨道相邻。但是，二者表面的环境却截然不同。

最大的谜团：超级气旋

迄今为止，对于金星的探测主要是由美国和前苏联的探测器进行的。特别是前苏联从1967～1983年送往金星的“金星”系列探测器，通过降落到金星大气之中等方式，不仅获取了金星地表元素组成和地貌信息，还了解了它的大气组成、温度和压力等，为获得金星的基本信息做出了巨大贡献。

然而受限于探测器所降落的位置，由此得来的信息并不全面。也正因如此，人类直到现在也没有掌握金星大气的整体信息。

特别是金星的第一大谜团，被称作“超级气旋”的现象究竟是怎么回事呢？

金星上50～70千米高度附近有浓硫酸形成的厚重云层，覆盖着整个金星。在70千米高度附近的云的上端，无论在什么纬度，都吹着与金星自转方向一致、速度高达每秒100米的风，这就是超级气旋。由于大气约4天环绕金星一周，因此也被叫做“4日循环”。

在地球上，有在中纬度上空自西向东的“盛行西风”（一部分为急流）和在低纬度自东向西吹的恒定的“贸易风”（信风）。这种东西方向行星规模的气流一般被认为很大程度上受到行星自转的影响。地球自转周期约为一天（23小时56分4秒），赤道上的速度约为每秒460米；而金星的自转周期为243天，其赤道上的速度约为每秒1.6米，与人步行的速度相当。

从气象学角度考虑，如果自转较慢，大气会因为与地面的摩擦而以与自转相近的速度缓缓运动。但是，金星大气为什么会以其自转的60倍速度运动？

图2. 地球和金星的大气循环

在地球上，根据纬度的不同，东西方向的大气流向和速度也不尽相同。然而在金星上，无论处于什么纬度，大气流向都是一致的。为何大气在自转缓慢的金星会高速运动，是金星最大的谜团。

理解的关键：大气运动

人们并不清楚金星的超级气旋是如何出现的。拂晓号将其作为主要任务，力图揭示超级气旋的结构。

一般认为，大气旋转的能量来源于金星缓慢自转的能量。也就是说，自转的能量应该是以某种方式传递给了大气。为了搞清楚这种传递方式，只查明云顶端的情况是不够的。

因此，详细地调查自地面到云层之上的大气运动是非常必要的。如果可以了解不同高度每时每刻变化着的大气运动，就可以明白位于某个高度的大气如何将力传递到与之上下临近的大气中，形成超级气旋的能量来源及其传递方式也就变得十分明了。

但是，除了生成超级气旋之外，我们对金星大气运动同样一无所知。这是因为迄今为止几乎没有对此进行的大范围长时间观测。因此，拂晓号计划长时间地调查云的动向和风速的分布。

近年，科学家发现土星的卫星泰坦上也存在速度可达每秒200米的超级气旋。也就是说，超级气旋并不是只在金星存在的特殊现象，这已成为理解行星和卫星的气象无法逃避的一个谜团。

（本文发表于《科学世界》2016年第5期）