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  这是1979年2月26日,“先锋-金星号”探测器在紫外波段拍摄的金星云层画面

  这是一组拍摄于红外波段(波长3.8微米)的金星南极上空气旋的图像,由欧洲空间局正在金星轨道运行的“金星快车”探测器搭载的可见光和红外热成像光谱仪获取。图像上反映的是金星上空大约65公里的高度上的云层顶温度分布情况。暗色区域指代温度较高。也就是高度较低的区域。可以看到在气旋的中心,温度约为250K(约合23摄氏度)的温度区间上是这个气旋中海拔高度最低的区域,显示了最高的温度数值

  北京时间9月29日消息,乍一看,为金星做天气预报似乎是一件极其简单而枯燥乏味的事情,因为金星上的天气几乎是一成不变的。但现在看来这一点可能要取决于你所处的位置。人们很早便已经知道金星是太阳系的地狱——地表温度超过480摄氏度,连铅块都会熔化。空气中弥漫着浓硫酸液滴组成的雾气,这还不算,这里的地表大气压是地球表面大气压的90倍,人站在上面会立即被压扁。因此,在规划金星考察计划时,永远不要指望金星上会有好天气,不过有一点倒是可以确定的,那就是金星的这种地狱般的天气是不会变的。

  蒂姆·莱文古德(Tim Livengood)博士是美国国家地球与空间科学教育中心的研究员,现在他在马里兰大学任职,他说:“金星上发生的任何气候变化都将引人注意,因为这颗星球上有着太多的因素限制着天气的变化,这让这里的天空几乎一成不变。”

  莱文古德解释说:“地球上存在四季变化,这是因为地球拥有23度的黄赤交角(即地球赤道面与黄道面之间的夹角),这样一来,在一年之中地球上各地的光照强度以及白天的长短会出现变化。然而金星的黄赤交角数值太大了,它的这一数值为177度,这就相当于金星整个颠倒了过来,反而相当于仅有3度的角度了。因此太阳光几乎可以一直直射金星的赤道附近纬度带,季节变化很不显著。另外,金星的轨道偏心率也比地球的小,也就是说它的轨道形状更圆,这样也就不会出现离太阳太远或太近的情况,也就不会出现由于距离太阳远近的变化而导致的温度差异。你或许还会说,金星的晚上温度总会比白天低一些吧?确实,由于金星自转极慢,金星上的一晚上几乎要相当于地球上的两个月。但是事实上,由于金星被一层充满硫酸云和二氧化碳的浓厚大气层包裹,很难散热,因此它表面上白天和黑夜的温度几乎是一样高的。最后,金星上几乎所有的水都已经散失殆尽了,因此你也不能指望会有任何飓风或者暴雨来给你降降温。”

  然而,根据最新一项由美国宇航局及其国际合作伙伴们进行的研究项目显示,在更高的海拔上,金星的高层大气却显示出了更加复杂的模式。研究小组利用望远镜发现在红外波段中观察时,在金星上空大约110公里远离令人窒息的云层上方,金星大气中间层和热层区域里寒冷,洁净的空气中正发生一些不同寻常的事件。

  美国宇航局戈达德空间飞行中心的特雷多·卡斯托克(Theodor Kostiuk)博士说:“尽管在这些高海拔上,金星极地上空的空气温度一般总会低于赤道上空空气的温度,但是偶尔极地上空的温度会变得较为温暖。”他说:“在地球上,有一个被称之为‘哈德利环流’的气流循环模式存在于赤道与两极之间:赤道地区上空的空气受热膨胀上升并向两极运动,最后在极地变冷下沉回到赤道,从而构成完整循环。由于近地面的大气密度较高,从上空下沉的气流会被压缩并因此升温。然而我们在金星上看到了恰好相反的进程。另外,尽管金星上各处的温度相当均衡,但是在中间层-热层范围内,我们发现在金星低纬度地区上空,短短几个地球日内就会出现幅度达到30度的温差变化。金星的极地地区上空高层大气环境相对稳定,但是仍然纪录到幅度达到15度左右的变化。”

  卡斯托克和莱文古德参与撰写的这一论文已经发表在了7月23日出版的在线版《伊卡鲁斯》杂志上。来自德国科隆大学的吉多·索纳本德(Guido Sonnabend)博士是论文的第一作者,他说:“金星大气的中间层和热层非常活跃,由太阳热量和东西方向纬向风带相互竞争。可能正是这一点导致了局地的温度变化以及随时间出现的起伏。”

  根据研究小组的观点,这种出现于金星高层大气中的温度起伏有着诸多可能的原因。金星大气中不同海拔高度上的全球性气流会引发扰动,其运行时速超过320公里,且方向各自相反。这会导致不同高度间气流的热量交换,并进而导致高层大气温度状况发生相应的变化。另外,在金星极地存在的巨型气旋也可以产生扰动,并造成气压值的改变并进而引发温度变化。

  除此之外,由于小组所研究的金星大气层面位于其浓密的云层上方,因此这里的温度环境也会受到日夜转变时太阳光照强度改变的影响,而从赤道到两极纬度逐渐增加也会对此产生相应的影响。事实上金星的这一大气圈层海拔已经足够高,它甚至会受到太阳活动周期变化的影响,如太阳耀斑爆发或者日冕物质抛射事件(CME)等等。

  长期观察显示,金星上层大气表现出以日,周,乃至以十年为长度单位的变化。1990年至1991年间测量的温度数值显示当时要比2009年时温暖一些。同样的,在2007年使用戈达德空间飞行中心的“行星风带和组成外差震荡设备”(HIPWAC)金星的观测则发现当年金星赤道地区的温度也要比2009年的数值显得温暖一些。科学家们表示,既然现在已经确认发现金星高层大气中存在着变化,那么便需要在未来进行更多的观测来确定究竟是哪些因素在不同的时间尺度上影响着金星的高层大气环境。

  卡斯托克说:“除了这些变化之外,我们还发现在这一高度上,依据现有主流模型,即‘金星大气国际参考模型’计算得到的温度数值要低于实测数值。这就意味着我们还有很多工作要做,用以对现有的金星大气循环模型进行相应修正。”

  很多时候人们喜欢将金星比作是地球的姐妹,因为它们两者大小相当,很多地方也具有相似之处,但是现在的两颗行星却已经大相径庭,完全走上了两条不同的道路。那么为什么当初如此相似的两颗行星竟会得到如此迥异的结局?科学家们相信对于金星的研究将最终帮助我们进行对比反思,更好地理解地球大气的演化历史,了解为什么地球今天可以如此生机勃勃,而金星上却成了一片死亡的沙漠?

  小组此次对金星高层大气中的风速和温度数值进行了测量,使用的方法是借助望远镜观察金星大气中的二氧化碳分子在太阳光照下被激发产生的红外光辐射。红外光肉眼看不到,但是我们可以以热量的形式表达它的存在,经过特殊设计的仪器却可以非常灵敏地在红外波段进行探测工作。

  研究小组将他们活的的观测数据与1990年~91年期间戈达德中心得到的数据,以及2009年美国宇航局夏威夷红外望远镜获得的数据进行了对比研究,得到了相应的结果。(晨风)

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channelId 1 1 金星高层大气远比想象复杂 存明显温度变化(图) 1 由欧洲空间局正在金星轨道运行的“金星快车”探测器搭载的可见光和红外热成像光谱仪获取