揭開金星暗面大氣層神秘面紗

點擊「國家空間科學中心」可以訂閱哦！

金星藝術概念圖，遠處是一座火山，一道閃電划過天空。

金星大氣層的密度和溫度極高，向來是個神秘的所在。幾十年來，科學家一直藉助地面望遠鏡、軌道器和大氣探測器對金星大氣層進行研究。2006年，歐洲航天局的「金星快車」成為歷史上第一顆對金星大氣層進行長期觀測的探測器。在它的幫助下，科學家獲取了大量關於金星大氣層動力學特徵的信息。

藝術概念圖，展示了環繞金星軌道運行的「金星快車」探測器。

首次雙管齊下

最近，日本宇宙航空研究開發機構（以下簡稱JAXA）的研究人員領導的一支國際科學家小組進行了一項研究。他們利用「金星快車」獲取的數據分析金星暗面的風型和高空雲型。這種研究在歷史上尚屬首次。根據他們的研究，暗面大氣層的行為與陽面存在出人意料的差異。

金星高空雲層的大氣上演超級旋轉。相較於暗面，陽面的超級旋轉更為統一。

此項研究由JAXA的哈維爾·佩拉爾塔帶隊，研究論文《金星暗面高空雲層的駐波及緩慢移動特徵》於最近刊登在《自然·天文學》雜誌上。研究過程中，他們利用了「金星快車」所攜科學儀器獲取的數據，分析此前未被觀察到的金星雲型、形態學和動力學特徵。

雖然有關金星大氣層早已有大量研究，但這卻是科學家首次雙管齊下，同時對金星陽面和暗面進行研究。在歐航局的一份新聞稿中，佩拉爾塔表示：「這是我們第一次在全球範圍內對金星暗面的大氣環流特徵進行研究。雖然對陽面的大氣環流已經進行了廣泛研究，但我們對暗面大氣環流所知不多。我們發現暗面的雲型與陽面存在差異，受到金星地形影響。」

藉助於「金星快車」探測器和IRTF紅外望遠鏡，科學家發現了此前未知的金星暗面雲形態。

上世紀60年代以來，天文學家便意識到金星大氣層的行為與地球和其它類地行星存在很大差異。地球和火星大氣層的旋轉速度幾乎與自轉同步。而金星大氣層的旋速超過了每小時360公里。這顆行星繞軸自轉一周需要243天，而大氣層只需4天。金星大氣層的旋速是自轉的60倍，這種現象被稱之為「超級旋轉」。過去的測量結果顯示，距地面65到72公里的高空雲層的移動速度最快。儘管進行了幾十年的研究，大氣模型至今仍無法複製超級旋轉，說明還存在科學家未知的某些機制。

形成靜態天氣型

研究小組成員包括西班牙巴斯克大學、東京大學、京都產業大學、柏林工業大學天文學與天體物理學中心以及羅馬天體物理學與行星學研究所的科學家。他們將目光投向此前未被深入探索的金星暗面，看看能夠發現怎樣的雲型。佩拉爾塔表示：「我們將暗面作為研究重點，因為一直未對暗面進行深入勘測。通過捕獲熱輻射，我們發現了金星暗面的高空雲層，但由於紅外圖像的對比度太低，無法提供足夠細節，我們很難對它們進行有效觀測。」

「金星快車」的可見光與紅外熱成像光譜儀（以下簡稱VIRTIS）對金星暗面的雲層進行了觀測。這台儀器在不同波長條件下拍攝了數百幅照片，研究小組隨後將照片組合在一起，以提高雲層可見度。這允許研究小組首次看到暗面雲層的本來面目，同時發現暗面大氣層某些出人意料的特徵。

研究顯示暗面大氣層的旋轉要比陽面更為混亂。高空雲層呈現出不同的外形和形態——有的巨大，有的波浪起伏，有的好似補丁，有的形狀不規則或者呈線狀——由駐波主導。駐波是兩個移動方向相反的波，彼此抵消，形成靜態天氣型。

金星山區重力波示意圖。

駁斥最佳模型

通過將VIRTIS獲取的數據與金星無線電科學實驗儀器（VeRa）的射電學數據結合，研究人員獲取了駐波的3D特徵。令他們感到吃驚的是，金星暗面的大氣行為並不統一。相比之下，陽面大氣則步調一致。由於這一發現，他們駁斥了解釋金星大氣層動力學特徵的所謂最佳模型——全球環流模型。根據全球環流模型的預測，金星陽面和暗面的大氣超級旋轉大同小異。

研究發現暗面駐波似乎與高海拔地形特徵相符。論文合著者、巴斯克大學科學家奧古斯汀·桑切茲·拉維加表示：「這些駐波也就是我們所說的重力波。金星低層大氣層形成上升波，大氣層的旋轉方向並不與金星自轉保持步調一致。這些波集中於金星的陡峭山區，說明金星的地形影響雲層活動。」

實際上，這並非科學家第一次發現金星地形可能與大氣活動之間存在聯繫。2016年，歐洲的一支天文學家小組進行的研究顯示，陽面的天氣型和上升波與地形特徵之間可能存在直接聯繫。這一發現立基於「金星快車」攜帶的金星監視相機（VMC）獲取的紫外圖像。

藝術概念圖，展現了2014年6月和7月在金星大氣層進行氣動減速的「金星快車」探測器。

在暗面發現類似現象一度讓科學家感到非常吃驚，直到他們意識到並非只有他們發現這種現象。佩拉爾塔指出：「這是一個令人興奮的時刻，我們意識到VIRTIS圖像中的某些雲層特徵並不與大氣層步調一致。觀測結果是否真實存在，我們進行了長時間討論，直至我們獲悉另一支研究小組同樣發現了暗面靜態雲。他們使用的是美國宇航局位於夏威夷的IRTF紅外望遠鏡。進入金星軌道後，JAXA的「拂曉」號飛船立即在金星暗面發現太陽系內的最大駐波，從而證實了我們的發現。」

挑戰駐波模型

這些發現同樣挑戰了當前的駐波模型。當前的模型認為，駐波由地面風和高海拔地表特徵之間的交互作用產生。但前蘇聯金星著陸器進行的測量顯示，地面風的風力可能過弱，無法在金星上形成這種現象。觀測結果顯示，金星南半球的海拔很低。

論文合著者、巴斯克大學的里卡爾多·韋索指出，他們並未在低空雲層發現駐波。「我們在高空雲層發現了駐波，因此一度認為也能在低空雲層發現。我們認為駐波從地表一路上升，穿過雲層。這是一項出人意料的發現，意味著我們需要重新審視我們的金星模型，以進一步了解這顆星球。」

根據這項研究，地形和海拔可能與金星大氣行為之間存在聯繫，但並非一貫如此或者僅限於這兩個因素。金星暗面發現的駐波可能由其它未被觀測到的機制導致。換句話說，金星大氣層——尤其是超級旋轉的關鍵要素——仍舊籠罩在層層迷霧之中。

此項研究證明將多個源頭的數據結合是一種有效方式，有助於獲取行星動力學特徵的更多細節。隨著觀測設備的進步以及數據共享——未來還可能上演一兩次金星登陸任務——科學家有望在不久的將來獲取更清晰的金星大氣層圖像，進一步了解動力學特徵。運氣好的話，科學家能夠對金星大氣層進行精準建模以準確預測金星天氣型，就像地球上的天氣預報一樣。

美國金星快車拍攝到金星環境

來源：漫步宇宙

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！

本站內容充實豐富，博大精深，小編精選每日熱門資訊，隨時更新，點擊「搶先收到最新資訊」瀏覽吧！

請您繼續閱讀更多來自 上表天軍評 的精彩文章: