金星艺术概念图，远处是一座火山，一道闪电划过天空。
金星大气层的密度和温度极高，向来是个神秘的所在。几十年来，科学家一直借助地面望远镜、轨道器和大气探测器对金星大气层进行研究。2006年，欧洲航天局的“金星快车”成为历史上第一颗对金星大气层进行长期观测的探测器。在它的帮助下，科学家获取了大量关于金星大气层动力学特征的信息。
艺术概念图，展示了环绕金星轨道运行的“金星快车”探测器。
首次双管齐下
最近，日本宇宙航空研究开发机构（以下简称JAXA）的研究人员领导的一支国际科学家小组进行了一项研究。他们利用“金星快车”获取的数据分析金星暗面的风型和高空云型。这种研究在历史上尚属首次。根据他们的研究，暗面大气层的行为与阳面存在出人意料的差异。
金星高空云层的大气上演超级旋转。相较于暗面，阳面的超级旋转更为统一。
此项研究由JAXA的哈维尔·佩拉尔塔带队，研究论文《金星暗面高空云层的驻波及缓慢移动特征》于最近刊登在《自然·天文学》杂志上。研究过程中，他们利用了“金星快车”所携科学仪器获取的数据，分析此前未被观察到的金星云型、形态学和动力学特征。
虽然有关金星大气层早已有大量研究，但这却是科学家首次双管齐下，同时对金星阳面和暗面进行研究。在欧航局的一份新闻稿中，佩拉尔塔表示：“这是我们第一次在全球范围内对金星暗面的大气环流特征进行研究。虽然对阳面的大气环流已经进行了广泛研究，但我们对暗面大气环流所知不多。我们发现暗面的云型与阳面存在差异，受到金星地形影响。”
借助于“金星快车”探测器和IRTF红外望远镜，科学家发现了此前未知的金星暗面云形态。
上世纪60年代以来，天文学家便意识到金星大气层的行为与地球和其它类地行星存在很大差异。地球和火星大气层的旋转速度几乎与自转同步。而金星大气层的旋速超过了每小时360公里。这颗行星绕轴自转一周需要243天，而大气层只需4天。金星大气层的旋速是自转的60倍，这种现象被称之为“超级旋转”。过去的测量结果显示，距地面65到72公里的高空云层的移动速度最快。尽管进行了几十年的研究，大气模型至今仍无法复制超级旋转，说明还存在科学家未知的某些机制。
形成静态天气型
研究小组成员包括西班牙巴斯克大学、东京大学、京都产业大学、柏林工业大学天文学与天体物理学中心以及罗马天体物理学与行星学研究所的科学家。他们将目光投向此前未被深入探索的金星暗面，看看能够发现怎样的云型。佩拉尔塔表示：“我们将暗面作为研究重点，因为一直未对暗面进行深入勘测。通过捕获热辐射，我们发现了金星暗面的高空云层，但由于红外图像的对比度太低，无法提供足够细节，我们很难对它们进行有效观测。”
“金星快车”的可见光与红外热成像光谱仪（以下简称VIRTIS）对金星暗面的云层进行了观测。这台仪器在不同波长条件下拍摄了数百幅照片，研究小组随后将照片组合在一起，以提高云层可见度。这允许研究小组首次看到暗面云层的本来面目，同时发现暗面大气层某些出人意料的特征。
研究显示暗面大气层的旋转要比阳面更为混乱。高空云层呈现出不同的外形和形态——有的巨大，有的波浪起伏，有的好似补丁，有的形状不规则或者呈线状——由驻波主导。驻波是两个移动方向相反的波，彼此抵消，形成静态天气型。
金星山区重力波示意图。
驳斥最佳模型
通过将VIRTIS获取的数据与金星无线电科学实验仪器（VeRa）的射电学数据结合，研究人员获取了驻波的3D特征。令他们感到吃惊的是，金星暗面的大气行为并不统一。相比之下，阳面大气则步调一致。由于这一发现，他们驳斥了解释金星大气层动力学特征的所谓最佳模型——全球环流模型。根据全球环流模型的预测，金星阳面和暗面的大气超级旋转大同小异。
研究发现暗面驻波似乎与高海拔地形特征相符。论文合著者、巴斯克大学科学家奥古斯汀·桑切兹·拉维加表示：“这些驻波也就是我们所说的重力波。金星低层大气层形成上升波，大气层的旋转方向并不与金星自转保持步调一致。这些波集中于金星的陡峭山区，说明金星的地形影响云层活动。”
实际上，这并非科学家第一次发现金星地形可能与大气活动之间存在联系。2016年，欧洲的一支天文学家小组进行的研究显示，阳面的天气型和上升波与地形特征之间可能存在直接联系。这一发现立基于“金星快车”携带的金星监视相机（VMC）获取的紫外图像。
艺术概念图，展现了2014年6月和7月在金星大气层进行气动减速的“金星快车”探测器。
在暗面发现类似现象一度让科学家感到非常吃惊，直到他们意识到并非只有他们发现这种现象。佩拉尔塔指出：“这是一个令人兴奋的时刻，我们意识到VIRTIS图像中的某些云层特征并不与大气层步调一致。观测结果是否真实存在，我们进行了长时间讨论，直至我们获悉另一支研究小组同样发现了暗面静态云。他们使用的是美国宇航局位于夏威夷的IRTF红外望远镜。进入金星轨道后，JAXA的“拂晓”号飞船立即在金星暗面发现太阳系内的最大驻波，从而证实了我们的发现。”
挑战驻波模型
这些发现同样挑战了当前的驻波模型。当前的模型认为，驻波由地面风和高海拔地表特征之间的交互作用产生。但前苏联金星着陆器进行的测量显示，地面风的风力可能过弱，无法在金星上形成这种现象。观测结果显示，金星南半球的海拔很低。
论文合著者、巴斯克大学的里卡尔多·韦索指出，他们并未在低空云层发现驻波。“我们在高空云层发现了驻波，因此一度认为也能在低空云层发现。我们认为驻波从地表一路上升，穿过云层。这是一项出人意料的发现，意味着我们需要重新审视我们的金星模型，以进一步了解这颗星球。”
根据这项研究，地形和海拔可能与金星大气行为之间存在联系，但并非一贯如此或者仅限于这两个因素。金星暗面发现的驻波可能由其它未被观测到的机制导致。换句话说，金星大气层——尤其是超级旋转的关键要素——仍旧笼罩在层层迷雾之中。
此项研究证明将多个源头的数据结合是一种有效方式，有助于获取行星动力学特征的更多细节。随着观测设备的进步以及数据共享——未来还可能上演一两次金星登陆任务——科学家有望在不久的将来获取更清晰的金星大气层图像，进一步了解动力学特征。运气好的话，科学家能够对金星大气层进行精准建模以准确预测金星天气型，就像地球上的天气预报一样。
美国金星快车拍摄到金星环境，真实情况让人无法解释！
来源：https://www.universetoday.com
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