金星的大气：关于地球“孪生姐妹”大气的事实

降法讲顾

金星的插图。(图片鸣谢:ARTUR plaw go/科学图片库/Getty Images)

（）据美国太空网（Rebecca Sohn）：根据行星协会的说法，金星是我们太阳的第二颗行星，被一层极其厚密的大气层覆盖着——这是我们太阳系中密度最大的地球大气层。据美国国家航空航天局称，它主要由二氧化碳构成。这颗行星也笼罩在硫酸云中。由于其吸热的大气层，金星拥有太阳系中最热的表面。

金星通常被称为地球的双胞胎，因为它的大小和组成相似。虽然其表面的条件有天壤之别，但其厚厚的大气层导致了导致地球气候变化的同一温室效应的极端版本。研究人员认为早期金星的大气更稀薄，环境更像地球。

金星的大气中仍有一小部分区域温度较为适中，近年来，研究人员在大气中探测到了可能与生命有关的信号。

大气成分

根据行星协会的数据，金星的大气中96%是二氧化碳，3%是氮气，1%是其他气体。根据美国国家航空航天局的说法，这些其他气体主要是二氧化硫、一氧化碳、水蒸气、氦气、氩气和氖气。研究人员还在地球大气层的薄层中发现了少量氧气，尽管它是原子氧(O)，而不是我们呼吸的分子氧(O2)。相比之下，地球的大气层大约由78%的氮气、21%的氧气和1%的其他气体组成，包括氩气、二氧化碳、氖气和其他气体。

因为二氧化碳密度很高，金星的大气密度大约是地球的93倍。如果你能站在金星的表面，就像你身体的每一平方英寸都承受着一辆小汽车的重量，或者像在地球上海洋下面0.6英里的地方，没有任何保护装置。你会立刻被压垮。

云和大气层



“金星快车”上的金星监测相机(VMC)在金星上看到的假彩色云特征图像。(图片鸣谢:欧空局/MPS/德国航天中心/国际开发协会)

根据大英百科全书，金星的云环绕着整个星球，主要由硫酸组成，含有少量的固体硫、亚硝酰硫酸和磷酸。它们非常厚。主要部分围绕行星表面延伸约30英里至42英里。较薄的烟雾低至地表以上20英里，高至56英里。

金星的大气层主要有三层。高层大气的温度变化很大，一直延伸到地表以上60英里。在那之下是中层大气，或平流层，在那里温度逐渐升高，高度逐渐降低。低层大气，或称对流层，从地表延伸到约37英里，包括云层和地表上方的无云区。接近地表时温度会迅速升高。金星的高层大气上方也有一个电离层，或带电粒子层。

气候和天气

除了太阳，金星的表面是我们太阳系中最热的东西，甚至比水星的表面还要热，尽管它离太阳更近。这是由于金星厚厚的吸热大气层及其失控的温室效应。金星的表面温度可高达860华氏度(460摄氏度)，足以熔化铅。据《今日宇宙》报道，白天和晚上的温度没有太大差别。它也几乎没有季节变化，因为它的轴几乎没有倾斜。

据《今日宇宙》报道，金星表面有微风，但在云层中部，风速高达每小时435英里。这些风速在赤道附近会减慢。虽然金星作为一颗行星在两个地球年内只自转三次，但它的云每四天绕地球一周。它还在金星上“降下”硫酸，但极端的表面热量导致雨水在到达表面之前蒸发。

历史

研究人员认为金星曾经是一颗类似地球的行星，覆盖着海洋。那时我们的太阳会变得更冷更暗，但是随着它变得更亮更热，金星的海洋开始蒸发。这种蒸发被认为引发了金星失控的温室效应。大量的水蒸气是一种温室气体，会从海洋中蒸发，并最终进入大气，使地球变暖，导致海洋蒸发更多。

研究人员认为，金星海洋的蒸发引发了地球板块构造的停止，地球上的地质系统导致了称为板块的行星地壳的运动。板块构造也导致岩石中的碳被周期性地推向地下深处。如果没有它，研究人员认为这颗行星的碳最终进入了金星的大气层，加剧了温室效应，并将其变成了我们今天知道的极端环境。

生命的潜力



艺术家对金星上火山爆发的印象。(图片来源:欧空局/AOES)

尽管金星的环境恶劣，但有人猜测它的大气层中可能仍然有生命存在。金星的部分大气层比它的表面更凉爽，条件也没有那么恶劣。由于生命可能在地球早期类似地球的历史中进化，一些研究人员认为生命可能已经适应了地球不断变化的表面，向其大气层迁移。

2020年，科学家报告说，他们在金星的大气中检测到一种叫做磷化氢的气体，这种气体在地球上是由生命产生的。然而，对数据的重新分析揭示了可能的错误，作者修正了大气中磷化氢的估计值，使之低得多。从那时起，其他任务已经发现金星的大气中可能很少或没有磷化氢。

常见问题


金星的大气层中能存在生命吗？

虽然在金星的大气中没有发现生命的迹象，但一些研究人员认为，生命有可能存在于相对温和的气候和该星球大气压力降低的环境中。虽然这些条件仍然比我们星球上的大多数条件更严酷，但地球上的一些微生物，称为极端微生物，生活在类似的条件下。

金星有氧气吗？

尽管科学家在金星的大气中检测到少量的原子氧，但没有迹象表明金星的大气中曾经有过显著的分子氧。有可能金星蒸发的海洋导致大气中有大量氧气，但是还不清楚发生了什么。也没有理由怀疑金星的大气中有分子氧，即使它曾经与早期的地球相似，因为地球早期的大气中不含太多氧气，直到生命开始产生氧气。

金星的大气是高压吗？

是的，金星上的大气压力非常高，尤其是在其表面。如果你能站在金星上，压力就像一辆小汽车的重量压在你身体的每一平方英寸上，或者压在地球海洋下大约0.6英里处。

专家回答的问题

詹姆斯·莱昂斯

行星科学研究所高级科学家

詹姆斯·莱昂斯是研究行星大气化学的行星科学家。他研究了火星、金星和早期地球的大气层，以及形成我们太阳系的化学过程。

研究人员认为硫云是如何在金星的大气中形成的？

人们早就知道(20世纪60年代末)，金星上的云主要由硫酸滴组成。长期以来，人们一直怀疑多硫化合物也与金星大气中云粒子和烟雾的形成有关。多硫是纯硫的一种形式，由不同数量的硫原子组成。最常见的例子是S2、S4和S8，用数字(应该是下标)表示多硫分子中S原子的数目。正常的黄色硫磺粉是由S8分子组成的。金星上的云似乎是由硫酸液滴凝结成由多硫分子构成的更小颗粒组成的。多硫分子是由大气中SO2(二氧化硫)的光化学(紫外光)分解产生的。

你的研究如何修正这种理解？

在我们2022年的《自然通讯》论文中，我们确定了S2产生的一种新的光化学途径。这一点很重要，因为S2的形成是产生多硫颗粒的最慢步骤。我们发现它的快速形成是一系列二聚体SO反应的结果，二聚体SO是两个SO(一氧化硫)分子结合成一个OSSO分子。OSSO光解产生S2O，然后与SO反应产生S2。这是一系列复杂的反应，就像硫的光化学反应一样。我们工作的另一个重要方面是使用计算化学技术来确定反应速率。这使得我们能够精确地模拟从未在实验室中研究过的反应。

为什么理解金星大气中硫云形成的化学过程很重要？

理解硫云化学很重要，原因有二。首先，美国国家航空航天局将在2030年左右向金星发射达芬奇飞船。云化学分析将是这项任务的重要组成部分。第二，我们为了解金星大气中的硫化学所做的工作将有助于我们更好地了解我们的大气被氧化之前的古代地球的大气。大约24亿年前氧气的增加是地球历史上的一个重大事件，我们仍然不完全了解。