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金星高層大氣遠比想象復雜

金星


金星高層大氣遠比想象復雜

這是1979年2月26日，“先鋒-金星號”探測器在紫外波段拍攝的金星云層畫面
金星高層大氣遠比想象復雜

這是一組拍攝于紅外波段（波長3.8微米）的金星南極上空氣旋的圖像，由歐洲空間局正在金星軌道運行的“金星快車”探測器搭載的可見光和紅外熱成像光譜儀獲取 。圖像上反映的是金星上空大約65公里的高度上的云層頂溫度分布情況 。暗色區域指代溫度較高 。也就是高度較低的區域 ?？梢钥吹皆跉庑闹行?，溫度約為250K（約合23攝氏度）的溫度區間上是這個氣旋中海拔高度最低的區域，顯示了最高的溫度數值
乍一看 ， 為金星做天氣預報似乎是一件極其簡單而枯燥乏味的事情，因為金星上的天氣幾乎是一成不變的 。但現在看來這一點可能要取決于你所處的位置 。人們很早便已經知道金星是太陽系的地獄——地表溫度超過480攝氏度，連鉛塊都會熔化 。空氣中彌漫著濃硫酸液滴組成的霧氣，這還不算，這里的地表大氣壓是地球表面大氣壓的90倍，人站在上面會立即被壓扁 。因此，在規劃金星考察計劃時，永遠不要指望金星上會有好天氣，不過有一點倒是可以確定的，那就是金星的這種地獄般的天氣是不會變的 。
蒂姆·萊文古德(Tim Livengood)博士是美國國家地球與空間科學教育中心的研究員，現在他在馬里蘭大學任職，他說：“金星上發生的任何氣候變化都將引人注意，因為這顆星球上有著太多的因素限制著天氣的變化，這讓這里的天空幾乎一成不變 ?！?br /> 【金星高層大氣遠比想象復雜】萊文古德解釋說：“地球上存在四季變化，這是因為地球擁有23度的黃赤交角(即地球赤道面與黃道面之間的夾角) ， 這樣一來，在一年之中地球上各地的光照強度以及白天的長短會出現變化 。然而金星的黃赤交角數值太大了，它的這一數值為177度，這就相當于金星整個顛倒了過來，反而相當于僅有3度的角度了 。因此太陽光幾乎可以一直直射金星的赤道附近緯度帶，季節變化很不顯著 。另外，金星的軌道偏心率也比地球的?。簿褪撬鄧墓斕佬巫錘?，这样也就矒Q岢魷擲胩秈痘蛺那榭?，也就不會出現由于距離太陽遠近的變化而導致的溫度差異 。你或許還會說，金星的晚上溫度總會比白天低一些吧？確實，由于金星自轉極慢，金星上的一晚上幾乎要相當于地球上的兩個月 。但是事實上，由于金星被一層充滿硫酸云和二氧化碳的濃厚大氣層包裹 ， 很難散熱，因此它表面上白天和黑夜的溫度幾乎是一樣高的 。最后，金星上幾乎所有的水都已經散失殆盡了，因此你也不能指望會有任何颶風或者暴雨來給你降降溫 ?！?br /> 然而，根據最新一項由美國宇航局及其國際合作伙伴們進行的研究項目顯示 ， 在更高的海拔上，金星的高層大氣卻顯示出了更加復雜的模式 。研究小組利用望遠鏡發現在紅外波段中觀察時 ， 在金星上空大約110公里遠離令人窒息的云層上方，金星大氣中間層和熱層區域里寒冷，潔凈的空氣中正發生一些不同尋常的事件 。
美國宇航局戈達德空間飛行中心的特雷多·卡斯托克(Theodor Kostiuk)博士說：“盡管在這些高海拔上，金星極地上空的空氣溫度一般總會低于赤道上空空氣的溫度，但是偶爾極地上空的溫度會變得較為溫暖 ?！彼f：“在地球上，有一個被稱之為‘哈德利環流’的氣流循環模式存在于赤道與兩極之間：赤道地區上空的空氣受熱膨脹上升并向兩極運動，最后在極地變冷下沉回到赤道，從而構成完整循環 。由于近地面的大氣密度較高，從上空下沉的氣流會被壓縮并因此升溫 。然而我們在金星上看到了恰好相反的進程 。另外 ， 盡管金星上各處的溫度相當均衡，但是在中間層-熱層范圍內，我們發現在金星低緯度地區上空，短短幾個地球日內就會出現幅度達到30度的溫差變化 。金星的極地地區上空高層大氣環境相對穩定，但是仍然紀錄到幅度達到15度左右的變化 ?！?br /> 卡斯托克和萊文古德參與撰寫的這一論文已經發表在了7月23日出版的在線版《伊卡魯斯》雜志上 。來自德國科隆大學的吉多·索納本德(Guido Sonnabend)博士是論文的第一作者，他說：“金星大氣的中間層和熱層非?；钴S，由太陽熱量和東西方向緯向風帶相互競爭 ?？赡苷沁@一點導致了局地的溫度變化以及隨時間出現的起伏 。”
根據研究小組的觀點，這種出現于金星高層大氣中的溫度起伏有著諸多可能的原因 。金星大氣中不同海拔高度上的全球性氣流會引發擾動，其運行時速超過320公里，且方向各自相反 。這會導致不同高度間氣流的熱量交換，并進而導致高層大氣溫度狀況發生相應的變化 。另外，在金星極地存在的巨型氣旋也可以產生擾動 ， 并造成氣壓值的改變并進而引發溫度變化 。
除此之外，由于小組所研究的金星大氣層面位于其濃密的云層上方 ， 因此這里的溫度環境也會受到日夜轉變時太陽光照強度改變的影響，而從赤道到兩極緯度逐漸增加也會對此產生相應的影響 。事實上金星的這一大氣圈層海拔已經足夠高 ， 它甚至會受到太陽活動周期變化的影響，如太陽耀斑爆發或者日冕物質拋射事件(CME)等等 。
長期觀察顯示 ， 金星上層大氣表現出以日，周，乃至以十年為長度單位的變化 。1990年至1991年間測量的溫度數值顯示當時要比2009年時溫暖一些 。同樣的，在2007年使用戈達德空間飛行中心的“行星風帶和組成外差震蕩設備”(HIPWAC)金星的觀測則發現當年金星赤道地區的溫度也要比2009年的數值顯得溫暖一些 ?？茖W家們表示，既然現在已經確認發現金星高層大氣中存在著變化，那么便需要在未來進行更多的觀測來確定究竟是哪些因素在不同的時間尺度上影響著金星的高層大氣環境 。
卡斯托克說：“除了這些變化之外，我們還發現在這一高度上，依據現有主流模型，即‘金星大氣國際參考模型’計算得到的溫度數值要低于實測數值 。這就意味著我們還有很多工作要做，用以對現有的金星大氣循環模型進行相應修正 。”
很多時候人們喜歡將金星比作是地球的姐妹，因為它們兩者大小相當，很多地方也具有相似之處 ， 但是現在的兩顆行星卻已經大相徑庭，完全走上了兩條不同的道路 。那么為什么當初如此相似的兩顆行星竟會得到如此迥異的結局？科學家們相信對于金星的研究將最終幫助我們進行對比反思，更好地理解地球大氣的演化歷史，了解為什么地球今天可以如此生機勃勃，而金星上卻成了一片死亡的沙漠？
小組此次對金星高層大氣中的風速和溫度數值進行了測量 ， 使用的方法是借助望遠鏡觀察金星大氣中的二氧化碳分子在太陽光照下被激發產生的紅外光輻射 。紅外光肉眼看不到，但是我們可以以熱量的形式表達它的存在，經過特殊設計的儀器卻可以非常靈敏地在紅外波段進行探測工作 。
研究小組將他們活的的觀測數據與1990年~91年期間戈達德中心得到的數據，以及2009年美國宇航局夏威夷紅外望遠鏡獲得的數據進行了對比研究 ， 得到了相應的結果 。

新浪科技(晨風)