金星：太阳系最极端的行星

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金星是太阳系中最极端的行星的8种方式

即使在最暗的时候，金星也始终比夜空中所有其他恒星和行星都更明亮，而且亮得多

这张照片展示了金星与木星在天空中相距不到1度的景象：这是二者近年来最接近的一次。尽管木星的几颗卫星隐约可见，但远比金星暗淡。在夜空中所有天体中，唯有月球比金星更明亮。

尽管金星是距离太阳第二近的行星，但它不仅是太阳系中最热的行星，而且在诸多方面都是我们邻近空间中最为极端的世界。 倘若金星的演化路径稍有不同，它本有可能发展成一个适宜生命存在、类似地球的世界；而倘若地球的演化路径稍有不同，我们或许也会变得像金星一样。 如今，金星是从地球仰望夜空时最明亮的行星，其亮度远超其他任何恒星或行星。

随着二月的推进，夜空中最明亮的行星——金星，将在日落后不久于西南方低空升起。随后，水星和土星也将相继出现在附近天区，三颗行星在暮色中齐聚一堂，为观星爱好者带来一场视觉盛宴。金星始终是夜空中最引人注目的天体之一。它比夜空中任何恒星或其他行星都更明亮，且距离地球足够近，只需一副普通双筒望远镜或任意一款市售天文望远镜，就能清晰观测到它从蛾眉相、盈凸相、满相、亏凸相到残月相的完整相位变化。除月球外，金星的亮度远超夜空中所有其他天体，无论其当前呈现何种相位，其光芒都令其他恒星与行星黯然失色。

上图展示了金星与木星相邻的景象——作为夜空中第二亮的行星，金星的亮度甚至超过了最亮的恒星。在二者相合时，金星的视亮度约为木星的五倍半，相差近两个天文星等，这一亮度差异甚至超过了北斗七星勺柄中开阳与辅星之间的亮度差别。尽管其持续的耀眼光芒或许是金星最引人注目的特征，但它远不止是我们从地球上所见最亮的行星，而是一个在诸多方面都极为独特、非凡的世界。

以下是使金星成为整个太阳系中最极端行星的八大特性。

金星云层丰富的大气位于其致密、厚重且温度极高的表面层之上。较低的云层直到距地表数十公里的高度才开始出现，并以多层结构持续延伸，直至约90公里高度处的最高层霾。这些主要由硫酸构成的云层，或许是金星大气中最显著的特征，其中发生着复杂的化学反应。

1.)金星的大气层。太阳系内的每颗行星都会受到几种不同效应的影响：一方面来自行星自身质量所产生的引力，另一方面则来自太阳所释放的粒子与辐射。这两种现象对行星大气的作用方向相反：太阳风与太阳辐射倾向于剥离行星的大气，而行星自身的引力则在行星形成的早期阶段促使其质量增长，并在后续阶段尽可能长时间地维持其大气层。

尽管水星距离太阳较近且质量较小，其大气层早已被完全剥离；而金星距离太阳较远、质量较大，因而能够保留住较重的分子，尤其是二氧化碳。科学家推测，金星在遥远的过去曾发生过失控的温室效应，导致其形成了如今稠密、厚重且高温的大气层，主要成分为二氧化碳，并伴有硫酸云。

金星大气层的上层因太阳辐射而电离，这一电离层以及其中带电粒子运动所产生的磁场，使金星其余大气免受太阳风的剥蚀作用，其保护机制与地球磁场对地球大气的防护作用类似。然而，这种保护并非全面覆盖；较轻的气体成分——包括水蒸气——仍持续被太阳风剥离，并可在金星的磁尾中观测到。目前所知，金星拥有所有已知类地行星中最厚、最浓密的大气层。

日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）的晓号探测器拍摄的金星夜半球红外图像。其亮度高于从地球所见的其他任何行星，且它与地球的距离比其他任何行星都更近。在距离地球最近时，它在天空中呈现的视直径大于所有其他行星；而在距离最远时，多颗其他行星的视直径则可能超过它。然而，金星始终是夜空中最明亮的行星。

2.)金星的云层。多层厚重的硫酸云在将金星推向极端高温状态的过程中起着至关重要的作用。在地球上，主要是大气中的温室气体（如水汽、二氧化碳和甲烷）发挥增温作用——这些气体在可见光波段透明，但在红外波段能吸收并再辐射能量；而在金星上，云层本身才是主要的热量滞留因子。在地球上，云层对总温室效应的贡献约为25%；而在金星上，这一比例远超90%，构成了其温室效应（有时也称炽热室效应）的绝对主体。

此外，地球和金星的云层都具有很高的反射率，但地球的云层覆盖始终是部分的，且许多云层为稀薄的高空卷云，仅能反射约10%的入射阳光；相比之下，低空的层积云等厚密云层则可反射约90%的阳光。而金星则拥有多个云层，垂直分布范围达约20千米，从太空观测时，其表面通常完全不可见，与地球约50%的地表可见率形成鲜明对比。这种云层覆盖对金星在地球夜空中呈现的明亮程度起着关键作用，使其成为目前已知云层覆盖最密集的类地行星。

苏联的金星号系列着陆器是迄今唯一成功在金星表面着陆并传回数据的航天器。其中工作时间最长的一台着陆器在金星表面运行超过两小时，随后因仪器过热而中断通信。截至目前，尚无其他航天器在金星表面实现更长的连续运行时间；该星球表面温度高达约482摄氏度（900华氏度）。 来源：金星号着陆器苏联

3.)金星的温度。尽管金星与太阳的距离约为水星的两倍，单位面积所接收的太阳辐射量仅约为水星的29%，但太阳系中最热的行星并非水星，而是金星。水星几乎不存在大气层，其向阳面温度最高可达427 °C（800 °F），而背阳面温度则可骤降至低至−180 °C（−290 °F）；相比之下，金星全球表面温度常年稳定在440–480 °C（820–900 °F）之间。这意味着，无论昼夜，金星表面温度始终高于水星在任何时刻所能达到的最高温度。

尽管地球的温室效应仅使其温度比没有大气层时高出约33°C（59°F），但金星的温室效应却极为强烈，使其表面温度比完全无大气层时高出约450°C（810°F）。在金星表面，温度始终高到足以熔化铅，因此若要向金星发射电子设备，常规焊接方式无法确保其正常运行。事实上，人类迄今在金星表面工作时间最长的着陆器，也仅能在触地后持续运行并传回数据不到三小时，随后便因极端高温而失效。

尽管金星表面可能是太阳系中最极端的环境之一——在许多方面甚至比木星卫星木卫一的火山表面更为严酷——但在其云层之上约60千米的高度，环境却出人意料地接近地球：那里的气压和温度与地球表面相近。因此，金星高层大气中或许已存在结构简单但生命力顽强的微生物。

太阳系中七颗外行星的亮度受其距太阳和地球更远的距离影响。而金星的亮度则是最暗行星海王星的63000倍。

4）金星的反射率。事情从这里开始变得有趣起来。太阳系中的每个天体都具有所谓的反照率。

邦德反照率是指天体反射的总辐射能量与入射的总太阳辐射能量之比； 几何反照率是指天体在相位角为零时的实际反射亮度与同大小、完全漫反射的理想平面在相同条件下的反射亮度之比。

在两种测量方式下，金星都是太阳系所有主要行星中反射率最高的天体，其反照率数值均超过次高行星的两倍以上。相比之下，没有大气层的天体（如水星或月球）仅能反射约11%至14%的入射阳光，这一数值与地球若失去大气层且无冰盖时的反射率大致相当；而金星则可反射75%至84%的入射阳光，具体数值取决于所采用的反照率测量方法。这种极高的反射能力使其在视觉上比太阳系中其他任何行星都更明亮。总体而言，仅有少数被冰层覆盖的卫星（例如土星的恩克拉多斯卫星）的总反照率高于金星。

金星从地球观测所呈现的相位，有助于我们理解其相对于地球的视位置变化。金星与太阳的最大角距约为47度，此时它处于细长的蛾眉相，视直径最大、亮度最高；而当它距离地球较远、视直径较小时，则呈现接近满相的形态，但仍为夜空中除月球外最明亮的天体。这些相位现象早在四百多年前便由伽利略首次系统观测并记录，为日心说提供了关键观测证据。

5．金星从地球上看的外观。金星之所以始终是地球夜空中最明亮的行星，原因有多个方面，且共同作用：其一，金星体积较大（与地球大小相近），属于类地行星中尺寸较大的一颗；同时它距离太阳较近，因此单位面积所接收的太阳辐射总量在所有行星中仅次于木星。其二，金星是太阳系中反照率最高的行星，即它将最高比例的入射太阳辐射反射回太空。

但第三点是金星与地球的距离较近。在最近时，金星与地球的距离仅为约4100万公里（约2500万英里），比其他任何行星都更接近地球；即使在最远时，其距离也仅为约2.61亿公里（约1.62亿英里），仍远小于木星与地球之间的最近距离。作为对比，木星与地球的最近距离通常约为6.3亿公里（约3.9亿英里）。

尽管金星呈现出完整的位相变化，但它在最接近地球时呈现的蛾眉相阶段最为明亮；而当它距离地球最远、呈现满相时，亮度仅略为减弱。即便在最暗的时候，金星的亮度仍超过其他明亮行星（包括木星和火星）在各自最亮状态下的亮度。

太阳系中所有行星都沿同一方向绕太阳公转，而金星的自转方向却与其他行星相反。尽管金星是太阳系中自转最慢的行星，但它每完成一次公转，大约会经历两次日出和日落。

6.)金星在广义相对论中的作用。我们最早发现牛顿引力理论在太阳系内可能存在局限性的线索，来自对水星轨道的观测。长期以来，人们持续观测水星围绕太阳运行的椭圆轨道，发现其近日点——即水星离太阳最近的位置——在轨道上缓慢前移。观测到的近日点进动总速率为每世纪5600角秒，该数值略高于牛顿引力理论所预言的值。

其中5025角秒世纪源于春分点的进动，277角秒世纪来自木星的摄动（约为第二大贡献者的两倍），而地球的摄动贡献约为90角秒世纪，不足春分点进动贡献的三分之一。

唯有精确计算所有行星（尤其是金星）的引力效应，才能发现理论与观测之间存在偏差。缺失的每世纪43角秒的进动值，恰好可由爱因斯坦的广义相对论予以解释；而若不能如此精确地量化其他行星（特别是金星）的贡献，便无法确认广义相对论在此现象中所起的关键作用。

金星（上图）和水星（下图）凌日现象，即两颗行星从太阳圆面边缘经过。可见金星因拥有浓厚大气层，导致阳光在其边缘发生明显的衍射现象；而水星缺乏大气层，故未呈现此类光学效应。一颗无大气层的行星（如水星）在凌日光谱观测中将呈现完全平坦的透射光谱；而类似金星这样拥有大气层的行星，则会在光谱中显示出吸收或发射特征。 图片来源：JAXANASAHinode（上图）；NASATRACE（下图）

7.）金星为我们带来了凌日光谱学的诞生。作为距太阳第二近的行星，金星是两颗（另一颗为水星）能从地球视角观测到其穿越太阳圆面的行星之一。与水星凌日不同——水星在凌日时仅呈现为一个不透明的暗色圆盘轮廓——在金星凌日的始、终阶段，阳光似乎会弯曲并环绕金星边缘。金星凌日极为罕见，平均每世纪仅发生两次；人类正是通过对此类凌日现象的观测，首次推断出金星拥有显著的大气层，而水星则没有。

但我们能做的远不止在凌星过程中探测大气层的存在：我们实际上可以逐分子地测量其大气成分。这一技术最早在金星凌日观测中得到验证，如今已成为系外行星科学研究中的关键手段，我们正借助凌星光谱学来识别围绕其他恒星运行的行星的大气组成。尽管从原理上讲，这一方法早在很久以前就已具备可行性，但直到现代仪器技术发展到足够水平，才真正使这一科学构想成为现实。

TRAPPIST1系统拥有目前已知所有恒星系统中与地球最为相似的类地行星，其行星布局按温度等效关系与太阳系进行了比例缩放。该系统目前已确认存在七颗行星，但它们均围绕一颗质量较低、持续发生耀斑活动的红矮星运行。这些行星是否仍保有大气层尚不确定；詹姆斯韦布空间望远镜未来将为此提供更深入的观测结果。 图片来源：NASAJPLCaltech

金星对系外行星的启示。如今，我们看到的金星是炽热、明亮且被一层浓厚、稠密、富含重元素的大气所笼罩。它为我们展示了位于恒星雪线以内的一颗岩石行星可能面临的四种主要命运之一。

离恒星太近，行星可能被潮汐锁定，甚至整个大气层都被剥离，就像水星那样，同时面临这两种情况。 离恒星太远，尤其是自身质量过小，行星便会变得寒冷、冰封，不再适宜生命存在，如同火星。 若行星的大气成分、自身大小以及与恒星的距离恰好适中，就有可能在表面维持液态水，并长期具备孕育生命的潜力。 但即便拥有稀薄大气、未被潮汐锁定，行星仍可能从原本具备类地宜居潜力的状态，演变为类似金星的极端高温世界：这通常由失控的温室效应引发，而火山活动很可能是其重要驱动因素。

如果金星的历史进程有所不同，它或许也能在漫长岁月中演化出一个湿润、生机盎然且自我维持的生物圈。也许在遥远的过去，金星的环境曾与今日截然不同，其表面或许曾孕育并承载过丰富的远古生命。当我们放眼太阳系之外、探寻其他行星上可能存在的生命迹象时，不仅需要寻找类似地球的世界，也应关注类似金星的行星，以及它们在演化过程中可能经历的各个阶段。

地球（右侧，可见光波段）与金星（左侧，红外波段）的半径极为接近，金星的物理尺寸约为地球的90%至95%。尽管两者产生的内部热量大致相当，地球表现出板块构造活动，而金星则仅具有一块单一、不发生水平运动的岩石圈板块。不过，两颗行星均存在火山活动。 来源：NASA麦哲伦号探测器

总而言之，金星是一颗充满极端环境的行星。它拥有目前已知所有类地岩石行星中最浓厚的大气层；其表面温度为太阳系行星中最高；它也是太阳系中反照率最高的行星，甚至超过所有气态巨行星；此外——对地球观测者而言尤为引人注目——它始终是夜空中最明亮的单个天体。只要它不处于太阳正后方的位置，无论是在日落后还是日出前的天空中，其他任何恒星或行星都无法在亮度上超越它。金星同时也是当前大量科学研究的重点对象，包括：

在金星大气中探测到磷化氢，可能暗示存在生物活动； 发现金星存在板块构造现象，包括其表面近期发生的火山活动； 发现金星云层有时会出现局部消散，从而从太空中短暂显露其地表； 此外，尽管金星与木星的下一次合相尚需时日，但未来将发生一次极为罕见的行星掩星事件：届时金星将从地球视角直接经过木星圆面之前，此类行星相互掩食的现象极为稀少。

那么，根据我们目前所掌握的所有知识，为什么金星是太阳系中最亮的行星呢？

这是由于金星拥有广阔的、类似地球的地表面积，距离太阳相对较近，大气层富含高反射率的云层，且其与地球的距离即使在最远时也从未超过约1.75个天文单位。即便木星和火星——太阳系中接下来最明亮的两颗行星——处于各自最亮的状态，其亮度仍无法与金星最暗时相匹敌。下一次当你仰望夜空，在日落后或日出前的天幕上看到一颗格外明亮、恒定不动的光点时，你便会明白：为何金星在所有从地球肉眼可见的恒星与行星之中，始终显得最为璀璨夺目。

本文最初发表于2022年7月，后于2026年2月更新。

生物学的新时代

BY: Ethan Siegel

FY: AI

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