和地球“同宗一脉”的兄弟行星，最像地球又最不像地球！

不像地球的兄弟星

金星在太阳系中是次于水星的第二个靠近太阳的行星，绕着水星与地球之间的轨道运转。太阳与金星的平均距离大约是1.82亿千米，是太阳与地球平均距离1.5亿千米的七成。金星半径约6000千米，比地球半径约6400千米稍小一点，没有卫星。鉴于金星距太阳的距离、大小和平均密度与地球非常接近，它被称为地球的“兄弟星”。

但是，我们知道金星表面的环境与地球绝然不同。例如在地球地上的气压是大约1个大气压，而金星表面约有90个大气压，相当于在地球海中900米深的压力。再者，金星表面的温度约460℃，是能使铅或锌熔化的过酷环境。90个大气压下水的沸点约300℃，所以在金星表面不可能存在液体的水，也不存在像地球那样的海。

金星的大气几乎由二氧化碳（占96%）构成，其他氮占3.5%，剩下的0.5%是水蒸汽、硫酸、氯化氢等。像灼热地狱般的金星表面温度，主要是由二氧化碳的温室效应引起的。地球大气所含的二氧化碳约占整个大气的0.038%，而且是由于人类的活动增加所致。金星或许可以说是最终变暖行星的范例。

再说地球上的大部分二氧化碳溶于海，在海底构成碳酸盐（构成石灰等物质），积存在地球的内部。实际上，如果将这部分二氧化碳从海底挤出来，地球大气中的二氧化碳量将与金星同等程度。或许地球与金星诞生后不久是一模一样，只是命运驱使它们分道扬镳，变成像现在那样互相完全不同的行星。至于促成其分道的原因在哪里，还有待于今后发射的金星探测器才能弄明白。

金星的大气以高度50~70千米的“云层”为界，分为上层和下层。云层中央（高度60千米左右）约0.3个大气压，温度约0℃，接近地球对流层的值。云层主要由浓硫酸的液滴构成，看上去呈黄色。因为这云均匀地覆盖着整个金星，人无法从外部看清它表面的模样。

不可思议的飓风

从金星上的风来看，地表附近下层大气只能刮起秒速几米的弱风。但在云层上部高度70千米附近，却能刮起秒速百米、由东向西的高速飓风。这个风与纬度无关，从南到北都有，与金星的自转方向相同，自东向西刮，4天绕金星一周。这样高速的大气大循环被称为“超回转”，发生的原因或机制尚不清楚。

从气象学的观点来看，这种风极不可思议。在地球上，中高纬度的对流层上部有从西向东刮的喷射气流（称为贸易风），冬季时速度也达到每秒百米。但是喷射气流只存在于相当局限的纬度区域。再者，在其他行星上也有各种各样的风，例如木星的赤道地带刮着每秒100多米的西风，土星也同样刮着赤道射流，其风速高达每秒500米，其大气中翻腾着由稠密的氨晶体组成的云，当狂风刮过时，云层翻转，煞是吓人。另外，海王星也存在超过每秒400米的东风。

但是，除金星以外的这些行星，都具有自转速度非常快的共同特征。例如地球的自转速度（赤道附近，以下相同）是每秒460米，即使秒速百米的喷射气流也只有自转速度的二成左右。木星与土星的自转速度分别为每秒13000米和每秒9800米，与之相比，赤道的喷射气流可以说是很低速的。而金星的自转周期为243天（一个金星日=243天），很长，自转速度只有秒速1.5米，相当于人步行的速度。

金星不知为何其云层上部的大气以自转速度60倍的高速流动，这样的现象在其他高速自转的行星上是完全看不到的。何以大气以固体部分的60倍的速度回转呢？这是十分不可思议的，可以说是推翻了以往的气象学常识。

关于“超回转”生成的机制有若干个假说，其中最有说服力的一个是“子午面循环”（南北垂直截面内的循环）与“水平扰动”组合的模型。所谓“子午面循环”，是指在赤道附近大气受太阳光照射发热产生上升气流，其朝向高纬度的极点，通过在极点被冷却又产生下降流由此引起的循环；所谓“水平扰动”，是指大气的粘性在水平方向引起的扇风作用。

为了在高度70千米附近引起大气的高速回转，表现旋转动量的角动量肯定是由行星本身提供给高空的大气的。另外，想要构成的大气高速回转不因摩擦而减弱，就有必要经常将角动量送到上方。正因为赤道附近的角动量比高纬度的大，角动量经赤道附近的上升气流来到上方，加之大气中存在的扰动，也很好地将角动量扇向水平方向，这样才非常有效地维持了赤道附近的角动量比高纬度大的状态。所以，如果这个子午面循环与水平扰动的作用很好地配合，那么继续将角动量往上送是可能的，并且最终汲取来自行星本身的角动量，积聚在大气上层，致使那里的大气高速回转。

此外，我们知道土星的卫星泰坦（土卫六）的大气（主要是氮）以自转速度的几倍到10倍左右高速回转。泰坦与金星一样，自转周期长达16个地球日。据此专家推测，自转慢的行星或卫星或许普遍的是超回转的机制在起作用。

概说金星探测史

尽管金星是人的肉眼能够看到的最为明亮的天体，但因金星总被浓厚的云层包裹着，很难探测，即使发射空间探测器也极不容易看清它的真实面目。迄今人类已向金星发射了31个空间探测器，其中22个成功，9个失败。加上各种路过金星的探测器，到访金星的探测器总数已超过40个。

这些金星探测器探测了金星大气的温度、密度和成分，考察了金星表面和岩层，拍摄了大量金星图像并发回地球，取得了许多重要的科学数据。但是对金星上极速风暴之谜仍一无所知。为了查明金星全球大气复杂的动力系统是如何工作的，具体地说是什么因素使金星大气以极高速度回转、飓风的成因是什么、什么机制能维持金星极区的双气旋，以及什么机制主宰着金星大气的化学状态、温室效应在金星全球气候的演化进程中扮演着什么角色等问题，欧洲空间局2005年11月成功发射了名为“金星快车”的探测器，在2006年4月顺利进入环绕金星的极轨道运行，近金点为250千米，远金点为6600千米，绕极轨道一周约24小时，设计寿命为500天，约2个金星日。

通过金星快车的观测，清晰地捕捉到地上隐约可见的大气现象，还有大气随场所与高度不同有瞬息万变的模样。但现在我们对金星大气的了解还不成熟，仍不清楚作为金星最大特征的高速回转的机制。

对此，日本曾经发射过“拂晓”号的金星探测器，其任务与欧洲空间局的“金星快车”类似，主要研究金星上的气候，分析笼罩该星球大气的极速风暴。不过日本“拂晓”号是从物理角度研究金星，而欧洲“金星快车”是从化学角度研究金星。

世界首个“行星气象卫星”

考虑到大气回转的能源是来自金星缓慢自转的能量，为此有必要查明自转能量以什么机制传递到大气。显然，仅调查云的上层是不够的。“拂晓”号将实时观测从地表到云层上的大气运动和风速分布。如果知道在各个高度大气运动的瞬息变化，则可知道某个高度的大气怎样受紧挨其上下高度的大气的影响。由此能够推断引起超回转的能量来自哪里以及是怎样传导的。

“拂晓”号进入绕金星的赤道上空运转的椭圆轨道，并且与利用超回转的整个云层一起绕金星运转。这样做可以追踪从超回转偏离的云的活动细节，由此能够调查怎样在大气中传导力的。