Deep Dive
为什么金星缺乏磁场？
金星的自转极其缓慢，导致其内部难以产生磁场。磁场通常是由行星内部的液态金属核心通过自转产生的，而金星的自转速度过慢，无法有效生成磁场。
金星上的水是如何流失的？
金星高层大气中的水蒸气在紫外线照射下分解成氢原子和氧原子。氢原子质量小，容易被太阳风的高能带电粒子加速到逃逸速度，脱离金星引力逸散到太空中。氧原子则与其他物质结合，无法重新形成水。
金星大气中的氢氘比与地球相比如何？
金星大气中的氢氘比是地球的150倍。氘是氢的同位素，质量较大，不易被太阳风的高能粒子带走，因此氢逸散后，氘的比例逐渐增加。
为什么金星上的二氧化碳无法被吸收？
金星缺乏水，而二氧化碳的吸收需要水参与。岩石风化过程中，二氧化碳溶解在水中形成碳酸，进而与硅酸盐反应生成碳酸盐。由于金星缺水，这一过程无法进行，导致二氧化碳在大气中不断积累。
金星的地表年龄为何普遍较新？
金星的地表年龄普遍不到800万年，主要原因是频繁的火山活动。火山喷发不断覆盖地表，导致陨石坑较少，地表年龄显得较新。科学家推测，金星可能在3到5亿年前经历过一次全球性的表面熔融事件。
金星上的陨石坑为何较少？
金星的大气层非常稠密，小行星在进入大气层时会被烧毁，无法形成陨石坑。较大的天体虽然能撞击地表，但火山活动频繁，岩浆会迅速覆盖撞击坑，使其难以被发现。
金星的地表为何相对平坦？
金星的地表主要由火山平原和钝状火山组成。钝状火山的底部直径可达数百甚至上千公里，高度却只有几千米，因此地表显得相对平坦。此外，火山活动频繁，岩浆不断覆盖地表，进一步降低了地形起伏。
金星的自转速度为何在十几年间变慢？
根据麦哲伦号和金星快车的数据对比，金星的自转速度在16年间慢了6分半。科学家推测，这可能与金星大气层的旋转速度加快有关，大气层的运动对行星自转产生了拖拽效应。
金星的高层大气为何温度极低？
在125公里高空，金星大气层的温度低至零下175度，比地球上任何地方都低。科学家认为，这与金星大气层的复杂环流和热量分布有关，但具体机制尚未完全明确。
金星快车探测器有哪些重要发现？
金星快车探测器发现金星两极存在巨大的气旋，南极地区甚至出现过双涡旋。此外，它还探测到金星大气层中存在强烈的电场，电压高达10伏特，这可能加速水分的流失。探测器还通过红外线数据分析了金星表面的岩浆年龄，发现部分岩浆非常年轻，表明金星火山活动依然活跃。
- 苏联早期金星探测器专注于着陆，但持续时间有限
- 美国利用气球和合成孔径雷达技术进行探测
- 麦哲伦号探测器绘制了高分辨率的金星全球地图
Shownotes Transcript
了解科学 爱上科学 欢迎收听科学时评话咱们书接上文呢上文书讲到苏联人的金星探测器算是告一段落了前期主要是玩着陆它一定要弄两个着陆器着陆到金星表面上但是这些着陆器即便是能撑一段时间
长也长风到哪去所以后来苏联人就开始玩这个空飘气球因为金星高层大气的温度和压力也都不高条件不是那么苛刻而且金星的浓密大气层也为气球的漂流提供了条件
你要换到火星吧它要打死都飘不起来不过真正想要透过浓密的大气层看到金星表面的清晰地貌那就只能靠合成孔径雷达了所以金星 15 号和金星 16 号就是专门的雷达卫星
只是他们扫描范围有限只有北纬 30 度到北极区这块地区完成扫描下一次要完成更高分辨率的金星全球地图绘制要到 1989 年发射的麦哲伦号探测器了这是美国人搞出来的这个麦哲伦号还是喷气推进实验室来负责管理制造商是马丁马里埃塔合成孔径是休斯公司研发的
这个麦哲伦号很特殊因为这个家伙是用航天飞机发射的说实话吧这东西你拿航天飞机来发射真是有点不划算但是没办法那年 NASA 是 all in 航天飞机了这火箭全停了它只有这玩意儿它不拿这个拿什么发呀是吧
用航天飞机发射深空探测器最大的问题是你上去这么个玩意儿得让七个大活人陪着他上去走一趟一旦有活人掺杂其中那费用就高了去了这完全是天差地别而且呢这个航天飞机发射深空探测器或者是高轨道卫星它是相当的麻烦
因为它自己只能飞到近地轨道也就是说你要发射深空探测器需要再加一个小火箭推一把
这个小火箭连带探测器一起放到背后的货仓里边拉到太空里这个小火箭叫做惯性号上面级这个上面级是个两级的固体火箭麦哲伦号探测器就装在惯性号的头顶上这航天飞机需要飞到太空以后打开货仓舱门然后把这个小火箭加探测器给它慢慢竖起来然后轻轻推一把让这个组合体慢慢的先飞出去等飞的足够远了再点火加速
你总不能在这个大货仓里直接点火呀那要直接一点火整个航天飞机都受光了这个迈哲轮号探测器带了一个很大的雷达对金星表面 98%的范围进行了雷达成像而且呢还探测了金星的重力分布对金星的地形地貌呢进行了比较精细的刻画
分辨率比当年苏联人的雷达图像分辨率要高的太多了差不多一个像素能有一公里而且呢美国探测器的寿命一般都比较长这个麦哲伦号就足足坚持了五年半啊他在这五年时间里面可以一圈又一圈绕他这个画地图不知道画了多少遍了
迈哲轮号的轨道是个比较偏心的椭圆就是为了近地点能够尽量靠近一点金星经过几次轨道调整迈哲轮号的近地点甚至达到了距离金星表面 180 公里的高度在这个高度大气层已经浓度不低了
最后 JPL 地面控制人员决定玩一个风车试验首先就是调整太阳能板的方向然后让它几乎垂直于运动轨迹说白了就是拿太阳能板当减速板来使用了然后开屁股上面的发动机使劲反推一下反正最后也就剩这点燃料了烧光算这个试验就叫风车试验就是用来测试金星高层大气的空气动力学特性的
燃料烧光了以后呢这探测器最后就坠入到金星大气层烧掉了至此啊这个任务算是彻底结束了等到地面上的科学家把前前后后这么多金星探测器的数据拿出来一对比发现这个金星和地球的特质相差的非常大首先是金星上有大量的岩浆一流平原面积非常大也就是说呢火山爆发很猛烈而且呢顿撞火山非常的多
这说明啥呢那就说明金星地质相对很稳定吗它没有地球上那么多板块运动吧是吧我们在讲火星上的奥林匹斯山的时候也讲过这个问题啊那个巨大的顿状火山它不是短时间内就能造出来的需要一个火山啊天天喷年年喷月月喷喷好长时间啊您要是碰上板块运动中间恰好给弄出来一个大段层那这顿排刚浇筑的一半它就破相了这外形不可能这么规矩是吧
还有呢火山多一流平原多就意味着陨石坑极少金箱上几乎就看不到多少撞击坑小的天体在稠密大气里面就烧光了它根本就落不了地自然也就没有什么撞击坑了大天体即便是砸了个坑过几天火山一爆发这岩浆过来把坑给埋了你也不太看得见
只要是火山活动足够频繁陨石坑的痕迹那就很容易被破坏从金星 15 号和金星 16 号的雷达数据上科学家们数来数去数出 150 个撞击坑后来呢又有了更高分辨率的麦哲伦号的雷达图像科学家们就从图片上数出了 900 个撞击坑由此可见这个麦哲伦的分辨率还是很高的这个数量相比于火星和月球来讲啊那都算是少的了而且这陨石坑吧它分布的非常平均
金星上的陨石坑都很大直径起码都在两公里以上而且它往往是成群出现的
正因为小天体它根本落不了地所以不存在小坑大天体在稠密大气之中它往往会破碎解体所以一砸下来它就是一大串它不是一个所以呢这陨石坑它也是一群一群出现的我们大致认为这个天上往下掉陨石的概率是平均的所以一个地块上撞击坑层层叠叠那就说明它一定被砸了很多年了
说明这个地面的年龄就很古老要是这块地方没有几个坑那就说明新地面出现的年头不长它刚砸了没几年这块地表的年龄应该是不高的那新地面是怎么出现的呢就是火山喷发呗这个岩浆浇筑了一层呗这不就跟那个水泥自流瓶差不多吗是吧
正因为金星上的陨石坑太少所以岩浆地表都很新估计年龄都不到 800 万年正因为金星的整个地表啊年龄都不大这就显得非常奇怪因为这个火山爆发呀它总是有一个一般性的时空频率
比如说今天张庄火山喷发了又过了半年李庄的火山也喷发了再过去半年那马家盒子的火山也喷发了他不管怎么说吧无论是时间上还是空间上这个分布都应该是随机的啊
所以呢这个地表它一定是有老有新呢只有一种例外那就是这些火山提前上了好了集中在很短的时间内集体喷发才有可能在金星表面搞成一茬新而且还分布的很均匀
所以这里面一定是有问题的因此科学家们就提出了一种假设那就是说是不是啊三到五亿年前金星曾经发生过一次全球性的表面熔融才造成了这么均匀的局面咱们地球上是有板块的也就是说地表在不断的更新这个过程中会把地下的热量给带出来散掉可是金星没有板块运动啊
地下放射性物质发出的热量它散不出去温度就会越来越高地脉也会变得越来越热直到这个大面积火山喷发才能把肚子里这股邪火全给它泄出来等到喷够了这肚子里头也没东西了也凉快了这喷发就能消停一阵子
当然了这只是一个假说未来还需要更多的证据去验证这个假说正因为迈哲伦号带回来了比较精细的金星全球的高层图大家发现金星地表上的最高点和最低点的高差大概是 13 公里咱们地球上最高点珠峰和最低点马里亚纳海沟这高差差不多是 19 公里
大家都在伯仲之间嘛这个数据大概就可以反映出金星和地球的这个岩石圈的机械强度就说明金星和地球大小差不多这瓶的薄厚呢它也差不了太多而且金星上的平原和顿撞火山平原就占了大部分面积那什么叫做顿撞火山平原呢就是因为
金星上的火山大多数都不高它有个几千米就不得了了但是这些巨大的钝状火山的底盘子动辄直径几百公里甚至还有达到上千公里的所以这些所谓的火山你站在上面根本就觉不出来这是一座山就是觉得这个地面稍微有点倾斜是个大面积坡地基本上还是比较平的其实不光是这儿整个金星的地表相对来讲都比较平
在金星上还有一些非常特殊的地貌结构在我们地球上找不到对应的这种地质构造比如说珠网结构这个地面上啊有很多细线构成了一张纷繁复杂的大网这大网到底是怎么来的呢现在科学家们也还没搞清楚还有所谓的冠状结构就是一片圆形的高地你要说它是个环形山吧长得还有点像它
它周围的确是有一圈的翘边但是这个罐状结构的内部是一片高地它比圈外的地面高了不少一般环形山可不这样所以啊这个东西怎么看都怎么像个翘边的披萨饼到现在为止呢金星上已经发现了 500 多个这种罐状地形也叫碾状地形现在科学家们认为啊这个东西啊应该是底下那个地漫柱往上涌啊然后在金星的表面给烫出来的反正
反正你就想想啊给那个和尚脑的点借吧大概是这意思总而言之吧金星的这种地表模式呢叫停滞盖层我们地球呢叫板块运动这就是金星和地球最大的区别那为啥金星上就没有板块呢一般来讲呢有这么几个说法首先呢是金星表面太热了
像地球这种冷脆表面它更容易破裂它更容易碎地球表面要不碎它哪来的板块呢是吧其次是金星没有发育出软硫圈这地下必须有一个能流动的岩浆层这个板块才能飘得起来它才能动对吧同时地球上水很多这个水在地下也起着润滑的作用这些条件金星上都是不具备的
当然了咱们地球的早期其实和金星当初也是很相似的这板块它也不是一开始就有的而是在行星逐渐的演变过程之中它后来慢慢长出来的它也不是一开始就裂开的嘛
那结合一下上次我们讲到的内容这个金星由于某种原因就导致它旋转极其缓慢所以它内部就很难产生磁场这一点就是对金星最不利的因素了第二个不利因素就是它没有板块运动这一点其实也很重要这两条几乎就是最致命的因素了更倒霉的是金星上火山还特别多首先是它没有磁场就导致太阳风高能粒子可以长驱植物
金星早期的成分和早期的地球也是差不多的也是有水的
但高层大气之中的水蒸气在紫外线的照射之下会分解成氢原子和氧原子氢原子它就是一个质子它质量太小了它遇上高能带电粒子砸过来基本上就跟那打保龄球差不多了这个氢原子就会被砸得四散分飞被加速到了逃逸速度脱离金星的引力溢散到太空里面去了
现在金星大气层之中还有极微量的氢只不过它主要是氢的同位素刀金星大气之中的氢刀比要比地球高了 150 多倍
刀的原子核呢因为它多了一个中子它比较重啊它就不太容易被砸跑久而久之氢和刀的比例就会越来越悬殊氢越来越少刀越来越多从这一点大致也能推断出氢元素是从什么时候开始溢散的
氢是泡光了氧缺了氢它就没有办法组成水了而且氧气很泼泼很容易就跟其他物质组成了化合物这个金星的火山就在不断的喷发带来了大量的二氧化碳二氧化硫还有一部分水但是水的补充始终赶不上一再的量所以金星上的水也就变得越来越少缺了水以后这麻烦就更大了
因为二氧化碳没有办法溶解在水里没有办法被吸收所谓的岩石分化作用可以吸收二氧化碳实际上就是硅酸盐变成碳酸盐的过程这样的话二氧化碳就被固定成为了石头空气中的二氧化碳就少了但是这个过程是离不了水的这二氧化碳不溶解在水里它成不了碳酸的
后来呢就是看板块运动它也是有个回收碳元素的过程这碳酸盐就被板块啊带到了地下深处不知道再过多少年才能有出头之日啊但是这个碳吸收的过程在金星上是根本不存在的啊就这么年复一年日复一日的恶性循环金星上的二氧化碳就在大气之中它不断的积累直到整个金星完全热失控为止金星也由此变成了一颗地狱一般的行星
有种种迹象表明这个过程是从金星的早期就开始了很早金星的水分就已经丢的差不多了所以金星上是不太可能存在液态海洋的按照这一派的说法呢就是说金星上从头到尾都没存在过海洋但是另外一派人他就不同意这种说法他们注意到了金星的另外一个特点那就是自转的速度实在太慢了
早期大气层啊它应该是和金星的自转速度差不多它不像现在转的这么过分好那就假设早期大气层转的没这么快它只要转的不太快就不太容易产生地转偏向力对吧金星的大气层对流就和我们现在地球上这个大气层对流啊它就不是一回事了
在我们地球上因为有地转偏向力的存在所以空气从高压区往低压区刮的时候那个风啊根本就没有办法走直线它是一边走一边在拐弯一边在转圈圈这就导致我们地球上出现了好几个气候带这一圈圈跟一圈圈之间呢就像齿轮套齿轮一样的互相咬合可是金星转得如此之慢
所以呢从高压区吹向低压区的风它基本上都是走直线的人家根本就不怎么拐弯
金星上就没有那么多的气候带从头到尾就这么一圈同时我们还得考虑另外一种问题就是正因为金星转得特别慢所以它的阳面在很长时间内都是阳面温度会非常高阴面在很长时间内它都是阴面这正反两面的巨大温差就导致阳面和阴面之间的空气流动才是整个当时金星大气环流的主流
当然这个流动过程依然是直来直去它不怎么拐弯所以按照科学家的推算金星上会在阳面形成大量的云层这些云层是可以阻挡到大部分太阳光的这地表温度呢当时是不这么高的所以呢还有可能存在着液态海洋当然了这也只是一种模拟计算参数稍微改动一点这结果就完全不是这么回事了
那么上面这两种说法到底该如何判断谁对谁错呢就需要到金星上去找一找有没有残存下来的碳酸盐有碳酸盐那就很说明问题了当然了现在我们对金星的探测只能隔续搔痒因为金星环境太恶劣着陆区寿命太短它不可能像火星那样咱们派个小车上去溜达溜达溜达个好几年咱到处取个样了分析分析了
他别说取样分析啊他就连安装星阵仪这么简单的事都做不到星阵仪不就是固定在那的吗我们了解地球内部的结构靠的就是地震波这档子事呢咱们以前都讲过啊咱们讲过地质学的我们可以在月球上安装月阵仪我们可以在火星上安装火阵仪咱们唯独没有办法在金星上安装金阵仪
因为啊探测一个星球的地震它必须是一个长期的工作长期蹲在那守株待兔一天到晚在监听他就得要求啊这个存活时间你得长啊你不能着陆两个钟头你就死了呀所以呢这个在金星上就没法安装这玩意儿正因为金星的星震数据缺失所以有关金星内部的结构就只能靠猜了就只能靠模拟计算了
就在麦哲伦号之后这个人类呢又发射了不少的金星探测器但是大部分的都是顺道路过比如说那信使号啊就从金星旁边拐个弯路过一下啊他是到此一游正经 800 进入环绕轨道的并不多比较经典的就是欧空局的金星快车这个探测器是个环绕器 2005 年年底发射的主要工作呢就是研究金星的大气层
这颗探测器用的是俄罗斯的联盟火箭从拜科努尔航天中心发射那年头这个俄罗斯和欧洲合作关系还是挺紧密的现在是想也别想当初设想的一系列后续的探测计划到现在还在地上排着队呢基本上就搁浅了
金星快车有几项重大发现改变了大家的认知首先是金星的两极地区都有非常巨大的气旋存在其实咱们地球上也是有极地涡旋的只是不像金星长得那么奇葩人家金星的南极地区有过双涡旋两个涡旋靠在一块的
就跟一副眼镜差不多这真是够奇怪的如果是没有颗粒奥利弊也就是说没有地转偏向力它也就不太会产生气旋现在金星高层大气的旋转和金星本身的旋转完全不是一回事是各走各的路这个大气层旋转来的快它自己是可以产生地转偏向力的所以也就可以长时间持久的产生气旋
对了这个金星全球的大气环流来讲晒太阳的那一边呢这个环流很规则但是背光那面大气就开始不老实了就开始乱流了这也是比较奇葩的一点后来大家发现呢这背光的那面跟地形形状它是有关系的它会影响到大气的流动
再来对比一下迈哲轮号和金星快车的数据发现呢这个金星的自转速度啊在这十几年不见呢它慢了六分半呢啊这相差 16 年嘛这你就能慢个六分半啊这降速降的有点夸张啊不过呢金星的高层大气的旋转速度倒是变快了
这个金星大气古怪之处也很多比如说在 125 公里高空金星大气层的温度是零下 175 度这个温度是相当低比咱地球上任何一个地方的气温都要低大家也都想不通这下边热的要死这上面冷的要死这么低的温度甚至可能会出现干冰组成的雪花对了金星表面 100 公里高的地方它也有臭氧层
高度差不多是地球臭氧层高度的四倍浓度仅仅是地球臭氧层的 1%同时金星快车也发现到现在为止金星上的水分依然在流失尽管本来它也没剩下多少水金星快车探测器也发现金星存在一个巨大的电场这电压可以达到 10 伏特地球和火星基本上就没发现这种电场就算有按计算值也才两伏比这个金星差得远了
这一点也会导致水分的流失加速金星快车还用高灵敏度的多光谱相机对金星表面进行了扫描就是利用红外线数据能测出表面温度的微小差异通过和可见光以及紫外线数据进行对比就可以测出化学成分从而判断出岩浆层的新旧程度
通过对重点地区的扫描就发现这里的岩浆还没有完全风化就说明这些岩浆还很年轻也就是个几千岁到几万岁吧这点时间对于太阳系来讲这个距离已经很近了很年轻了就说明金星的火山还是很活跃的这个金星快车曾经发现某一地区的温度突然升高了
这是玉皇大帝要抽烟的啊是闪电吗好像又不像那是不是正好碰上火山爆发呢这也不好说另外啊金星高层大气之中的流汗量也突然发生过波动也不知道这事跟火山爆发是否能够产生关联反正呢这些都是间接证据它不那么直接但是也还说明金星现在很活跃金星快车足足工作了十年算是一个很长寿的探测器了
后来呢日本也发射了几个金星探测器也都不大有的是飞越而过只有这个破小号是环绕器这个探测器是 2010 年发射的日本人吧他手艺比较糙这个探测器进入环绕金星轨道失败刹车没成功结果就成了一个环绕太阳运行的人造卫星
这个探测器只能傻乎乎的绕着太阳飞了五年才有机会再一次和金星相遇这次日本人倒是没掉链子这发动机开了 20 分钟总算把这个探测器推入了环绕金星的轨道
当然了您这白白浪费五年时间呢那个探测器上的各种仪器传感器它也是有寿命的有几台相机工作了就一年就坏了那就只能关掉了其他几台相机一直坚持到了 2021 年在此之后呢还有一些其他数据发回来一直到 2024 年的 5 月 29 号这个破小号探测器就彻底没信号了
未来的若干年内呢还有几颗金星探测器在等着发射比如说这个印度的舒克拉雅号这东西呢跟苏联人差不多它也是往金星大气层里头扔气球不过呢我一直不太看好三哥的水平不知道他们行不行接下来呢就是俄罗斯的金星 D 探测器了这个探测器本来是 2020 年发射现在都已经退到 2026 年了
它上面还有几样仪器呢是和西方合作的现在估计是够呛再说它家里打仗哪有这闲钱呢这个美国的 NASA 它倒是有钱他们安排了两次进行任务真相号是去画地图的它分辨率要比现在的画的还高才行呢这达芬奇号带着着陆器这个美国人还没怎么玩过进行着陆器呢
再下一枚探测器呢是欧空局的展望号它的工作呢也是画地图画高分辨率地图你美国人画得我欧洲人画不得我们就重复建设了怎么着吧到此为止呢这个金星探测器系列咱们就彻底讲 over 了啊下次呢我们就掉过头来继续讲火星探测器了我们下回再说科学声音