和地球“同宗一脈”的兄弟行星，最像地球又最不像地球！

不像地球的兄弟星

金星在太陽系中是次於水星的第二個靠近太陽的行星，繞着水星與地球之間的軌道運轉。太陽與金星的平均距離大約是1.82億千米，是太陽與地球平均距離1.5億千米的七成。金星半徑約6000千米，比地球半徑約6400千米稍小一點，沒有衛星。鑑於金星距太陽的距離、大小和平均密度與地球非常接近，它被稱爲地球的“兄弟星”。

但是，我們知道金星表面的環境與地球絕然不同。例如在地球地上的氣壓是大約1個大氣壓，而金星表面約有90個大氣壓，相當於在地球海中900米深的壓力。再者，金星表面的溫度約460℃，是能使鉛或鋅熔化的過酷環境。90個大氣壓下水的沸點約300℃，所以在金星表面不可能存在液體的水，也不存在像地球那樣的海。

金星的大氣幾乎由二氧化碳（佔96%）構成，其他氮佔3.5%，剩下的0.5%是水蒸汽、硫酸、氯化氫等。像灼熱地獄般的金星表面溫度，主要是由二氧化碳的溫室效應引起的。地球大氣所含的二氧化碳約佔整個大氣的0.038%，而且是由於人類的活動增加所致。金星或許可以說是最終變暖行星的範例。

再說地球上的大部分二氧化碳溶於海，在海底構成碳酸鹽（構成石灰等物質），積存在地球的內部。實際上，如果將這部分二氧化碳從海底擠出來，地球大氣中的二氧化碳量將與金星同等程度。或許地球與金星誕生後不久是一模一樣，只是命運驅使它們分道揚鑣，變成像現在那樣互相完全不同的行星。至於促成其分道的原因在哪裏，還有待於今後發射的金星探測器才能弄明白。

金星的大氣以高度50~70千米的“雲層”爲界，分爲上層和下層。雲層中央（高度60千米左右）約0.3個大氣壓，溫度約0℃，接近地球對流層的值。雲層主要由濃硫酸的液滴構成，看上去呈黃色。因爲這雲均勻地覆蓋着整個金星，人無法從外部看清它表面的模樣。

不可思議的颶風

從金星上的風來看，地表附近下層大氣只能颳起秒速幾米的弱風。但在雲層上部高度70千米附近，卻能颳起秒速百米、由東向西的高速颶風。這個風與緯度無關，從南到北都有，與金星的自轉方向相同，自東向西刮，4天繞金星一週。這樣高速的大氣大循環被稱爲“超迴轉”，發生的原因或機制尚不清楚。

從氣象學的觀點來看，這種風極不可思議。在地球上，中高緯度的對流層上部有從西向東刮的噴射氣流（稱爲貿易風），冬季時速度也達到每秒百米。但是噴射氣流只存在於相當侷限的緯度區域。再者，在其他行星上也有各種各樣的風，例如木星的赤道地帶颳着每秒100多米的西風，土星也同樣颳着赤道射流，其風速高達每秒500米，其大氣中翻騰着由稠密的氨晶體組成的雲，當狂風颳過時，雲層翻轉，煞是嚇人。另外，海王星也存在超過每秒400米的東風。

但是，除金星以外的這些行星，都具有自轉速度非常快的共同特徵。例如地球的自轉速度（赤道附近，以下相同）是每秒460米，即使秒速百米的噴射氣流也只有自轉速度的二成左右。木星與土星的自轉速度分別爲每秒13000米和每秒9800米，與之相比，赤道的噴射氣流可以說是很低速的。而金星的自轉週期爲243天（一個金星日=243天），很長，自轉速度只有秒速1.5米，相當於人步行的速度。

金星不知爲何其雲層上部的大氣以自轉速度60倍的高速流動，這樣的現象在其他高速自轉的行星上是完全看不到的。何以大氣以固體部分的60倍的速度迴轉呢？這是十分不可思議的，可以說是推翻了以往的氣象學常識。

關於“超迴轉”生成的機制有若干個假說，其中最有說服力的一個是“子午面循環”（南北垂直截面內的循環）與“水平擾動”組合的模型。所謂“子午面循環”，是指在赤道附近大氣受太陽光照射發熱產生上升氣流，其朝向高緯度的極點，通過在極點被冷卻又產生下降流由此引起的循環；所謂“水平擾動”，是指大氣的粘性在水平方向引起的扇風作用。

爲了在高度70千米附近引起大氣的高速回轉，表現旋轉動量的角動量肯定是由行星本身提供給高空的大氣的。另外，想要構成的大氣高速回轉不因摩擦而減弱，就有必要經常將角動量送到上方。正因爲赤道附近的角動量比高緯度的大，角動量經赤道附近的上升氣流來到上方，加之大氣中存在的擾動，也很好地將角動量扇向水平方向，這樣才非常有效地維持了赤道附近的角動量比高緯度大的狀態。所以，如果這個子午面循環與水平擾動的作用很好地配合，那麼繼續將角動量往上送是可能的，並且最終汲取來自行星本身的角動量，積聚在大氣上層，致使那裏的大氣高速回轉。

此外，我們知道土星的衛星泰坦（土衛六）的大氣（主要是氮）以自轉速度的幾倍到10倍左右高速回轉。泰坦與金星一樣，自轉週期長達16個地球日。據此專家推測，自轉慢的行星或衛星或許普遍的是超迴轉的機制在起作用。

概說金星探測史

儘管金星是人的肉眼能夠看到的最爲明亮的天體，但因金星總被濃厚的雲層包裹着，很難探測，即使發射空間探測器也極不容易看清它的真實面目。迄今人類已向金星發射了31個空間探測器，其中22個成功，9個失敗。加上各種路過金星的探測器，到訪金星的探測器總數已超過40個。

這些金星探測器探測了金星大氣的溫度、密度和成分，考察了金星表面和岩層，拍攝了大量金星圖像併發回地球，取得了許多重要的科學數據。但是對金星上極速風暴之謎仍一無所知。爲了查明金星全球大氣複雜的動力系統是如何工作的，具體地說是什麼因素使金星大氣以極高速度迴轉、颶風的成因是什麼、什麼機制能維持金星極區的雙氣旋，以及什麼機制主宰着金星大氣的化學狀態、溫室效應在金星全球氣候的演化進程中扮演着什麼角色等問題，歐洲空間局2005年11月成功發射了名爲“金星快車”的探測器，在2006年4月順利進入環繞金星的極軌道運行，近金點爲250千米，遠金點爲6600千米，繞極軌道一週約24小時，設計壽命爲500天，約2個金星日。

通過金星快車的觀測，清晰地捕捉到地上隱約可見的大氣現象，還有大氣隨場所與高度不同有瞬息萬變的模樣。但現在我們對金星大氣的瞭解還不成熟，仍不清楚作爲金星最大特徵的高速回轉的機制。

對此，日本曾經發射過“拂曉”號的金星探測器，其任務與歐洲空間局的“金星快車”類似，主要研究金星上的氣候，分析籠罩該星球大氣的極速風暴。不過日本“拂曉”號是從物理角度研究金星，而歐洲“金星快車”是從化學角度研究金星。

世界首個“行星氣象衛星”

考慮到大氣迴轉的能源是來自金星緩慢自轉的能量，爲此有必要查明自轉能量以什麼機制傳遞到大氣。顯然，僅調查雲的上層是不夠的。“拂曉”號將實時觀測從地表到雲層上的大氣運動和風速分佈。如果知道在各個高度大氣運動的瞬息變化，則可知道某個高度的大氣怎樣受緊挨其上下高度的大氣的影響。由此能夠推斷引起超迴轉的能量來自哪裏以及是怎樣傳導的。

“拂曉”號進入繞金星的赤道上空運轉的橢圓軌道，並且與利用超迴轉的整個雲層一起繞金星運轉。這樣做可以追蹤從超迴轉偏離的雲的活動細節，由此能夠調查怎樣在大氣中傳導力的。