金星以其覆蓋整個行星的硫酸云團(tuán)和以每小時數(shù)百公里速度移動的超高速風(fēng)而聞名，但我們鄰近行星厚厚的云層使得科學(xué)家很難深入觀察它的大氣層?，F(xiàn)在，研究人員利用紅外圖像來探測金星云層的中層，發(fā)現(xiàn)了一些意想不到的驚喜。

這項發(fā)表在AGU《地球物理研究快報》上的新研究發(fā)現(xiàn)，這一中層云層顯示出多種隨時間變化的云型，與金星云層的上層非常不同，后者通常用紫外線圖像進(jìn)行研究。研究還發(fā)現(xiàn)，中層云的反照率發(fā)生了變化，或者說它們反射回太空的陽光量發(fā)生了變化，這可能表明存在吸收太陽輻射的水、甲烷或其他化合物。

中間云層的運動，結(jié)合之前觀測，使研究人員能夠重建出一幅金星上10年風(fēng)的圖片，顯示出金星中間云層的超高速風(fēng)在赤道處是最快的，而且和上面的云一樣，速度會隨著時間而改變。這些新觀測結(jié)果可以幫助科學(xué)家更好地了解我們的鄰近行星，并為其他具有類似特征的行星和系外行星提供線索。日本宇宙航空研究開發(fā)機構(gòu)(JAXA) ITYF研究員、這項新研究的主要作者哈維爾·佩拉爾塔(Javier Peralta)說：我們觀察到了完全意想不到的事件，發(fā)現(xiàn)，中間的云層并不像之前任務(wù)中發(fā)現(xiàn)的那樣那么安靜或無聊。

觀察金星的云層

這項新研究使用了日本宇宙航空研究開發(fā)機構(gòu)的赤月航天器拍攝圖像。赤月航天器于2015年12月抵達(dá)金星，其主要目標(biāo)是了解金星的超級自轉(zhuǎn)。超級自轉(zhuǎn)是一種令人困惑的現(xiàn)象，在土衛(wèi)六和許多系外行星上也能看到這種現(xiàn)象，它使大氣的移動速度比固體行星快得多。金星需要243個地球日才能完成一次自轉(zhuǎn)。然而，這顆行星的大氣層繞金星一周只需要4個地球日——大約比行星自轉(zhuǎn)速度快60倍。在這項新的研究中，研究人員分析了赤月相機在一年多的時間里拍攝近1000張金星云層的紅外圖像。這架照相機的設(shè)計初衷是為了觀察位于地球表面50至55公里高空的中層云層。紅外線波長的光子在被反射之前可以穿透云層更深，這使得科學(xué)家可以更深入地觀察云層。

之前研究金星最上層云層的任務(wù)曾瞥見過中層云層，但未能利用紅外圖像對其進(jìn)行長時間的清晰觀察。為了觀察中天云團(tuán)是如何演變的，觀察它們的時間比以前任務(wù)要長。赤月拍攝的新照片顯示，中層云層會隨著時間的推移而變化，這與金星的上層云層也有很大不同，后者位于約70公里的高度。有時，圖像顯示的是被明亮云層侵入的較暗云帶，這些云帶有時呈現(xiàn)出漩渦狀或斑駁狀。這些觀測結(jié)果暗示了對流，即大氣中熱量和水分的垂直運動。在地球上，對流可以引起雷暴。在其他時候，這些圖像顯示的云湍流程度較低，呈現(xiàn)出均勻的明亮或無特征，帶有多條條紋。從2016年4月到5月，金星北半球每隔四五天就會周期性地變暗。

根據(jù)這項新研究，科學(xué)家們此前并沒有觀察到半球之間的這種差異，其原因還有待確定。這些圖像還顯示了其他罕見的云特征，包括2016年5月和10月在北半球延伸超過7300公里的鉤狀暗絲。赤月還在云層反照率中發(fā)現(xiàn)了意想不到的高反差。這項新研究表明，云層中可能存在能夠吸收紅外線波長的化合物，或者云層厚度可能發(fā)生變化?？茖W(xué)家們還將赤月的照片與業(yè)余觀測者的觀測結(jié)果，以及歐洲航天局(ESA)的“金星快車”(Venus Express)和美國宇航局(NASA)的“信使號”(MESSENGER)等以往的任務(wù)相結(jié)合，重建了10年來金星的風(fēng)場。發(fā)現(xiàn)，在金星的中央云中，超級旋轉(zhuǎn)的風(fēng)在赤道處有時是最快的，在幾個月時間里，速度可以改變高達(dá)每小時50公里。

了解金星的超級自轉(zhuǎn)

這些發(fā)現(xiàn)可以幫助科學(xué)家更好地理解金星的超級自轉(zhuǎn)。佩拉爾塔認(rèn)為，金星表面的摩擦阻力和山波，以及太陽周期性的加熱，可能是維持超級自轉(zhuǎn)的關(guān)鍵因素，因為它們減緩或加速了風(fēng)的速度，并定義了它的長期演化。由于大部分太陽能都被云層吸收，而且那里也出現(xiàn)了速度最快的超旋轉(zhuǎn)風(fēng)，研究云層的幾層對理解風(fēng)是至關(guān)重要。

科學(xué)家們懷疑金星云層和反照率的變化可能與行星的超旋轉(zhuǎn)有關(guān)，以及風(fēng)的動量和能量是如何傳輸?shù)?。揭示金星超級自轉(zhuǎn)的原因及其與失控溫室效應(yīng)之間的潛在聯(lián)系，可能有助于科學(xué)家了解地球上與氣候變化有關(guān)的變化。這一發(fā)現(xiàn)還可以揭示太陽系中其他天體的大氣超旋轉(zhuǎn)，比如土星的衛(wèi)星泰坦，以及離太陽系非常近的系外行星。

博科園-科學(xué)科普｜研究/來自: 美國地球物理聯(lián)盟

參考期刊文獻(xiàn):《地球物理研究快報》

DOI: 10.1029/2018GL081670

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