下载掌阅APP，畅读海量书库
立即打开
主持人：
各位晚上好!说起金星，大家都有许多美丽的联想。在中国古代，金星被称作“太白”或“太白金星”，在外语中则译为“爱与美的女神”；在天空中它是除了太阳和月亮之外最明亮的一颗星星。所以它在史前就被人们知晓。今天我们有幸请到了北京大学地球与空间科学学院的焦维新教授，为我们揭开金星神秘的面纱。焦维新教授编著了《空间探测》、《太空探索》和《空间天气学》等教材，是空间探索和空间天气学方面的专家，他曾多次被中央电视台邀请参加太空探索方面的专家访谈节目。本次关于“金星快车”的讲座，希望大家能有所得。现在有请焦教授来为我们做这次讲座。
焦维新教授：
今天我给大家讲这么一个问题：关于探索金星和火星的奥秘。我们为什么把金星和火星一起来给大家介绍呢？因为金星和火星都是太阳系的类地行星，是和我们地球相距最近的两个邻居，而且这两个邻居的特性相差特别大。现在大家都十分关注地球环境的变化，我们地球的环境将会朝着什么样的方向发展呢？我们不仅要了解地球本身环境的变化，也要借鉴金星和火星——我们的邻居，它们演变的历史。从它们的演变历史中，我们地球人会得到什么样的启发呢？所以，我把这两个问题结合在一起讲。
我主要讲两方面的内容：一是揭开金星神秘的面纱；二是为了在火星上寻找水和生命，人类进行了哪些活动，以及这些活动所取得的重要进展。
我们为什么说“揭开金星神秘的面纱”呢？最主要的就是因为金星有厚重的大气层，应当说在太阳系所有的行星中，金星是离我们地球最近的一颗行星，我们在地面上可以用望远镜很清晰地看到金星。但是，无论望远镜有多好，都看不清它地表的形态。我们通过可见光、红外、紫外等多波段进行遥感观测，仍然看不清它的地表面目。所以，人们猜测它的大气层一定非常厚。我们下面介绍有关金星的几方面问题：金星的基本情况，金星的特殊点，再介绍一下金星探索的历史，就是它的面纱是怎样逐步被揭开的。虽然我们人类对金星进行了大量的探测，但是还有很多未解之谜。最后我介绍一下刚刚发射的“金星快车”的主要任务。
方才主持人已经提到：金星在我国有许多传说，在古代它被称为“太白”或“太白金星”。可能许多人都了解“太白金星”这个传闻，“太白金星”好像是一个非常善良的老神仙，我们看孙悟空大闹天空时，他对孙悟空一直都是很友好的。古希腊人把金星称为“阿弗特洛忒”，是“爱与美的女神”之意，在罗马神话中，“爱与美的女神”就是“维纳斯”，所以，金星在英文中就是“Venus（维纳斯）”。金星的符号就是一面镜子，因为美女嘛，最爱照镜子。那汉语中为什么把它称为“金星”呢？是不是“金子”之意呢？中国古代人命名时，是从“五行学说”引进的。“五行”即“金、木、水、火、土”。“金”是“五行”中的一个元素。按照中国古代的哲学观，世界就是由这五大元素组成的。而“金星”是“金”这个元素构成的。
有关金星的歌与图很多，最典型的就是维纳斯的图片，我们常说金星是地球的姐妹，这确实有一定的道理。地球到太阳的距离是1个AU（地球到太阳的距离称为1个天文单位，记为1个AU），而金星到太阳的距离是0.72个AU，金星距地球只有0.28个AU。所以，金星是离地球最近的一颗行星，它的质量和密度都和地球很接近，赤道半径是地球的0.95倍，所以，称它为“地球的姐妹”确实有一定的根据。从图上看，金星和地球在外表形态上也非常接近。
金星 地球
地球与金星比较
现代人经过初步的探测，也了解到金星表面的一些特征。现在我们知道：它的表面比较平坦，除少数高的地区之外，高峰差比较小，高地占8%，低地占27%，平坦的地面占65%。由于用望远镜看不清金星表面的情况，所以，大家看到的有关金星的图片一般是由美国“麦哲伦”号雷达卫星获得的。
“麦哲伦”雷达卫星获得的金星地貌图
图片的颜色不是真实的颜色，只是用不同的颜色来表示不同的高低状况。另外，从雷达卫星传送回来的立体动态图也可以了解金星旋转时的状况。
前苏联发射了16个金星系列探测器，“金星14号”落到了金星的表面，得到了金星近距离的图片。经过探测发现，金星也有陨石坑。目前所知道的最大的陨石坑直径达280公里。另外，还有一些特殊小山，比如“冕”。什么意思呢？它是金星上大而平坦的环形结构的绰号。金星上这种结构很多，直径也很大，有230公里、350公里的等等。也有一些结构，像雨后的大蘑菇一样，图片上的一些这样的结构平均直径为25公里，最高的750米，这些是一种特殊结构的“山”，由雷达卫星探测得到，在金星表面也有一些比较高的山。“麦哲伦”飞船从金星飞过时，对金星表面进行了探测：金星表面的山不是那么陡峭，也不尖锐，山顶也比较平坦，国外的一些重要的行星探测器都是用古代一些知名的科学家的名字来命名的。麦哲伦是探险家，是第一个环地球航行从而有很重要的发现的人。给航天器取名“麦哲伦”，意为要探索未知的世界，确实，到目前为止，“麦哲伦”获得的有关金星的信息是十分丰富的。
金星的大气层可以与地球的大气层做一下对比。金星是除太阳、月亮之外，从地球上看最亮的一颗星星。
金星表面虽然也有高地，但总的来看，还是比较平坦的。
两周前发射了“金星快车”。为什么称为“快车”呢？是否因为它的速度比其他的飞船要快呢？倒也不是，是因为它研制的速度十分快，它利用了“火星快车”和“罗塞卡”飞船的仪器，所以这个探测器，从立项到发射只用了四年的时间，研制速度非常的快。“金星快车”携带了7个仪器，只有一个仪器是专门为这次“金星快车”研制的，其他都是由“火星快车”和“罗塞卡”飞船所携带的，但是有些方面不太适合金星探测的需要，做了一些调整，但大的方面没有什么变化。
现在我们知道：它的表面大气层是92pa，地球表面大气是1pa，所以金星平均是地球的92倍，而且96.5%都是CO2，我们称之为“温室气体”。为什么称之为“温室气体”呢？其实，“温室气体”不光是CO2，水蒸气也属于温室气体。CO2和水蒸气等可以让可见光等穿过从而到达地球表面。但是，当热量向外反射时，温室气体可以将其吸收并积聚，从而使地球像被装在一个温室里一样。温室气体在地球上比例非常小，可是金星92个大气压大部分都是温室气体。金星大气层中也曾经探测到闪电，“先锋金星”1号、2号是美国发射的两艘飞船，这两艘飞船到达金星以后，又发射探测器进入大气层，对金星大气层进行了探测，发现金星大气层内有闪电，而且有的闪电持续长达15分钟，但是并没有雨滴，下的液体如硫酸一般。
金星的最大特点，我们形象地把它概括为“四大怪”。第一怪是一天比一年还长。金星的公转周期是224个地球日，自转周期是243个地球日，我们平时用“度日如年”来形容时间过得慢，但是对金星来说，一天比一年还长！它转动得非常非常慢，缓慢也给它带来了一些问题。地球磁场是由于导电的岩浆在转动时形成的电流产生的。由于金星自转非常慢，电流非常弱，所以产生的磁场就非常弱。地球的磁场可以看做是人类的生命保护神，它防止从太阳及宇宙来的带电粒子到达地球表面。但是，由于金星磁场十分弱，带电粒子就可以直接进入大气层，水挥发后变成水蒸气，水蒸气在粒子的作用下分解成氧离子和氢离子，进而被太阳风带走，造成水的流失。为什么转得非常慢？目前并无十分确切的说法，有一种说法称，金星刚形成时受到一个比较大的天体的撞击，从而速度变慢。
第二怪是太阳从西边出来。因为金星的自转方向不是自西向东转，而是自东向西转，所以太阳从西边出来，这是从转动方向上分析的。但是实际上，在金星表面，由于有92个大气压和硫酸雾的原因，根本不可能见到太阳，更不用说太阳从哪个方向升起了。
第三怪是“身穿棉衣92件”，92个大气压且大部分为CO2，CO2又是温室气体，所以我们形象地把大气层称为“棉衣”。
第四怪是“凌日”周期为243年(凌日循环周期为8＋1055＋8＋1215＝243年，例如已经发生凌日的时间分别在1631年、1639年、1761年、1769年、1874年、1882年和2004年以及未来发生的2012年)，因为金星是内行星，在太阳和地球之间转动，周期地把阳光遮挡住，从地球上观察，形成“凌日”现象。它在太阳和地球之间转，照理说我们每年都应该看到凌日啊！实际上并非如此。这是因为金星和地球公转轨道不是严格在同一平面上，而是有一个交角，两个平面有一个交线。如果金星、地球都在交线上且在太阳的同一侧，那么就会出现“凌日”现象。如果严格在一个平面上，每年都会出现 “凌日”现象。
以前，我们可以通过“凌日”现象在地球上对太阳进行研究，但是，由于观测技术进步，对太阳的探测已不拘泥于“凌日”时段了。
现在我们来了解一下金星探测的历史。方才我们提到，人们对金星如此关注，起了那么多好听的名字，如“维纳斯”。在汉语中，“金”是珍贵的名字，我们也给了它。可是，直到近代也没有弄清它的面目，只知道它的大气层非常厚，但是有多厚还搞不清楚。上个世纪60年代初，科学家把它的大气层确定在3—1000个大气压之间，这个范围未免太大了。当时，苏联人分析金星大气压为10—30个，所以，他们设计的探测器能承受25个大气压。“金星1号”与“金星2号”只是探测过金星，距离金星几千公里对它进行拍照。“金星3号”到达金星表面以后，就与地球失去了无线电联系，因而，并未得到什么结果。从“金星4号”开始，一个轨道器进入金星后，有一个登陆舱，携带了金星大气压计和无线电高度计，因而可以得知相应高度的气压值。距金星表面24.96公里时，信号消失，猜测原因为气压比想象的大，压瘪了登陆舱。“金星5号”与“金星6号”发射时间间隔十分短，仅差几天，5号、6号能比4号承受更高气压。但5号在下降过程中，探测器在24—26公里又出现无信号现象，估计登陆舱又被压瘪。苏联科学家由此估计金星表面大气压值远大于30，那么“金星”6号必死无疑。但是还是决定让其做一些探测。至少可以进一步探测温度、压力、高度等。“金星6号”下降到距金星表面10—12公里处。为什么这是一个范围，而不是一个精确的值呢？因为高度计本身具有一定误差，不是十分准确。“金星7号”能够承受180个大气压，它是第一个到达金星表面的人类使者，在下降过程中，对金星大气压进行了测量，接近表面时，压力为90多个大气压，温度高达470度，同时，它也测量出大气的主要成分是CO2，也有氧、氮等气体。所以，为了纪念“金星7号”取得的成果，“金星7号”携带列宁的像章到了金星表面。
以后苏联的金星探测器也陆续取得了一些成果。70年代后，美国发射了“先锋—金星号”等，探测到了金星的大气层中有闪电。
迄今为止，还有许多关于金星的问题未得到解决，比如：为什么金星大气层中含有如此多的CO2呢？根据分析研究，金星与地球所含有的CO2量比较接近。但地球上的CO2主要以碳酸盐的形式存在，而金星的CO2主要以气体形式存在。是什么原因导致它如此变化？金星在历史上到底有无液体海洋存在？金星上有无活火山？“麦哲伦”观测到金星上有岩浆流动的痕迹。但是这些火山活动是在什么时候？金星上有无地震？有无生命，或曾经有过？美国两个科学家发现金星表面温度高，但是往上温度逐渐降低，有一个区域温度适宜，且此区域对紫外线有很强的吸收能力，有将近一半的紫外线被吸收。于是科学家猜想，可能会有一种细菌，吸收紫外线，再转化成生命生存发展所需要的能量，这就是所谓的紫外斑，但这只是一种假说。
另外，还有，金星大气超旋之谜，刚才我们提到，金星自转非常缓慢，金星表面的速度几乎为0，可是70多公里的高度，大气的速度可达每秒100多米，这么高的速度，风仅用4个地球日就可以绕金星一周。这又是为什么呢？
这么多的谜团尚未得解，于是欧空局发射了“金星快车”。它重点要研究的是“温室效应”形成的机制及效应，或者说，既要了解大气层本身的情况，同时还要了解大气层和金星表面的相互作用，大气层和太阳风的相互作用。这些对于金星未解之谜的研究有很大意义。
怎么验证金星上是否曾经存在过液体的海洋呢？有一种方法：测量大气层氘的含量。氘是氢的同位素，是制造氢弹的材料之一。制造氢弹是从海里提炼氘，海水中氘的含量很多。如果过去金星存在液体海洋的话，水蒸发为水蒸气进入大气层，那大气层中氘和氢的比例应该比地球高得多。从以前的初步结果看，在金星大气层中氘和氢的比例是地球大气层中氘和氢比例的100多倍。但是，以前探测的区域毕竟还有限。如果现在对金星进行全球测量，如果氢和氘的比例普遍异常的话，那么这至少可以作为一个证据，说明金星上可能曾经存在液体的海洋。另外，不仅金星大气层中的主要成分要研究，金星中其他气体成分的研究对分析金星的起源和演变也是有帮助的。所以，虽然金星环境很恶劣，我们还是要研究它，因为我们要分析是什么原因导致了金星如此恶劣的环境？是起源就如此，还是开始时与地球环境接近，后来演化而成的？这些问题的研究对于我们控制地球的环境也是有诸多帮助的。那么，怎样完成这一使命呢？金星相对于地球而言，处于内轨道。“联盟号”火箭有三级，某些火箭还有第四级，第四级是附加级。
火箭与地球运动的方向相反，火箭相对于太阳的速度比地球相对于太阳的速度要小，这样，火箭才能向内轨道运动。火箭第一级点火进入的是停泊轨道，第二级点火进入地球逃逸轨道，即已脱离地球引力向金星飞去，靠近金星表面，制动火箭点火，使飞行器速度放慢，被金星的引力捕获绕金星飞行。开始是大椭圆轨道，然后逐渐降低轨道。开始时轨道在远地点可达22万公里，最终轨道在远地点处为630公里，近地点处为200—400公里，在此轨道上对金星进行多种方式的探测。探测金星的仪器多种多样，有专门探测大气层和太阳风相互作用的仪器，专门探测大气层成分的仪器，以及金星换测照相机等等。
迄今为止，有哪些探测器进行过金星探测呢？“金星”系列的16艘“水手”系列的3艘，“维咖”系列2艘，“先锋—金锋号”系列的2艘，“探测器”系列1艘，“伽利略”系列（并非专门探测金星，它的目标是木星，过往途中对金星进行了探测）1艘，“麦哲伦”、“金星快车”等21艘探测器。
尽管曾经对金星进行过许多探测，但限于以前的技术条件，金星现在仍有许多未解之谜。还有很多问题留待我们解决。
最后，用四句话总结一下金星的特点：百层大气围身边，小小流星只等闲，西边日出东方雨，不见水滴见闪电。目前，到底有无闪电又成了一个疑点，“伽利略”和“卡西尼”飞船曾飞越金星，并对金星进行了探测，但未探测到闪电，于是这个问题开始被怀疑。
下面，我们开始介绍地球的另一邻居——火星。
关于火星，我们最关注的是水和生命的问题。
火星到太阳的距离大约是1.5AU，到地球的距离大约是地球到太阳距离的一半，所以，火星离我们还是比较近的。火星体积大约是地球的一半，密度是地球的0.7倍，重力加速度是地球的0.3倍，所以火星的质量也是比较小的。火星与地球最相似的一点是自转周期，24小时37分22.6秒，地球为23小时56分。而它的公转周期比自转周期长，686个地球日，它的大气压约为地球的1%，主要成分是二氧化碳、氮气与氧气。最低表面温度约－140度。平均的表面温度约为－63度。
人类对火星进行了大量的探测，因为它无大气层，所以可用激光高度计对火星地形进行精确的测量，测量精度在13米之内，即使地球也从未作过如此高精度的测量，所以现在的火星地形图精度非常高。
北半球稍平坦，南半球高山林立。东半球整体比较高，有一个盆地。西部有一个塔西斯隆起地区，在一条直线上有三个火山，还未观测到其喷发过。火星上有太阳系最高的火山——奥林匹斯山，高27公里，直径550公里，火山口直径为80公里，周围的崖高6公里。
“水手”大峡谷长4000公里，宽600公里，深7公里，而著名的美国科罗拉多大峡谷长只有349公里，宽度在6公里至25公里之间，平均谷深16公里，谷底宽度762米。
火山最大的盆地长2000公里，宽1600公里，深6公里。
火星极冠地区被CO2冰覆盖，这些白色地区在地球上用高倍望远镜就能看到。
火星还有一个特点就是沙尘暴，火星每年大约有100次区域性的沙尘暴发生，每个火星年有一两次区域性的沙尘暴发展成全球性的沙尘暴，遮天蔽日，火星表面发红色，沙尘暴一起，我们看到的就是一个红色的行星。
我们对火星最关注的问题是火星上是否有过生命存在。古代人用望远镜观察到火星上沟壑的存在，声称是火星人开凿的运河，认为火星上存在生命，而且曾经看到一个“人”，但是据现在观测，它其实是一个人脸型的山丘。
1996年12月，美国科学院宣布，1984年在南极洲发现来自火星的陨石，通过对陨石的观测，发现里面的结构很像是有细菌存在时形成的。其陨石中的结晶体是以长链排列的磁体的结晶体，这种链状结构只能是由活着的生物体组成。
火星陨石坑有水流过的痕迹。那么，火星上过去曾经有水吗？现在呢？
陨石坑周围很高，据猜测，很有可能是因为陨石砸到泥泞的地上形成的。
2003年，美国发射了“火星漫游者”寻找水和生命。“火星漫游者”配备有全色照相机（9000万像素）、光谱仪、显微成像仪，岩石研磨机等设备。
这次探测发现：岩石中含有硫酸盐，岩石中有交错层，也发现了一种叫“蓝莓果”的东西。硫酸盐被认为是“黄钒铁矾”，有水时才能形成。据猜测，岩石中的洞被认为是由于水的冲击及穿凿形成的。岩石中扁平的洞被认为其中曾经有含盐矿物的晶体，后由于水的冲蚀形成，而交错层的形成原因有三种：风、火山尘埃和水。这些交错层不总是平行的，某些层的厚度不超过手指，还有凹陷的特征，因此，这些层很有可能是由溶于水的矿物沉积而成的。“蓝莓果”是一个个小颗粒，原来对它的形成有三种解释：飘浮在大气中的火山灰凝聚而成，流星撞击后熔化的岩石凝结而成，水带着溶解的矿物沉积而成的。而前两种原因形成的小球应该具有某种方向性，但小球不是集中在外露岩石特殊层内，而是不规则的，因此前两种可能性不大。而由于水而形成的可能性比较大。还有其他证据发现了赤铁矿和真铁矿，真铁矿只能形成于有水存在的环境中。这些证据都说明火星上曾经有水。后来，“火星快车”又发现了“水冰”。2005年2月，发现了含“水冰”的陨石坑，直径35公里，深2公里，位于东经103度，北纬70.5度。而且，“火星快车”在赤道处也发现了“水冰”。“火星快车”用“傅力叶变换红外光谱仪”测出火星大气中有水蒸气和甲烷。
火星极区有冰，但分不清有无“水冰”，用“火星快车”光谱仪分析出CO2干冰的光谱和“水冰”的光谱。那么，火星的水存在于什么年代？存在了多长时间？在什么年代消失的？是什么原因导致它消失的？火星上有生命吗？一个一个问题还要我们继续探索。
现在，我用下面的话结束今天的讲座：
人类只有一个地球，在地球这艘美丽的“航天飞船”上，人类的命运休戚相关。让我们关注地球环境的变化，关注行星的探索和研究。