金星上为什么有迷雾

金星是地球的近邻,但是人类对于金星的了解却不多,造成这种情况的原因之一,就是金星的周围有一层很浓的气体,这种气体挡住了人们的视线,使人们一直看不见它们的真面目。
科学家们通过长期观察和研究,终于发现金星周围的这层气体云雾,有很强的反射日光的本领,它可以把75%以上的光线反射出来,而且对蓝光的反射能力弱,对红光的反射能力强。
那么,这层云雾到底是由什么组成的呢?
很久以前有人猜测,金星周围的这层云雾和地球上的云雾是不一样的,它很可能就是一些灰尘,远远望去就像一团迷雾。
1932年天文学家从金星光谱里发现,在金星的大气中,含有比地球大气中含量多1万倍的二氧化碳气体。所以,科学家认为,这种物质是由二氧化碳被太阳的紫外线照射以后变成的。
本世纪60年代,几位科学家发现金星的大气里,含有大量的水蒸气,因此,他们猜测,这层迷雾就是由水蒸气构成的。
1978年,美国科学家把两个专门研究金星的航天器送上了金星。结果测出了金星大气主要成分是二氧化碳。此外,还发现金星北极周围有个暗色云带,这很可能是一种卷云。
目前,科学家对这一问题仍在深入研究。(不过目前的重点是火星,金星已经很长时间没有航天器到达过了,真正深入了解尚需时日)
以上内容由历史新知网整理发布(www.lishixinzhi.com)如若转载请注明出处。部分内容来源于网络,版权归原作者所有,如有侵犯您的原创版权请告知,我们将尽快删除相关内容。

科学家实验室里复制金星环境

图片 1

图片 2

二氧化碳的含量没有你想象的那样小

在模拟金星环境下样品的热红外照片

我听说二氧化碳占世界大气的0.04% 。 不是0.4% 或4% ,而是0.04% !
如果只是这么小的一部分,它怎么会对全球变暖如此重要?

图片 3

人们经常问我,二氧化碳的浓度只有地球大气的0.041%,在这种情况下,它是如何对全球气候产生重要影响的?而人类活动只占其中的32%。

模拟金星环境下存放二氧化碳样品的容器

我研究大气层气体对空气污染和气候变化的重要性。二氧化碳对气候产生巨大影响的关键是它具有吸收地球表面散发的热量的能力,防止热量散发到太空。

北京时间8月8日消息,据国外媒体报道,科学家正努力在实验室里复制金星上的环境,以便更好的解读从这颗行星获取的地表和大气数据。对于金星环境演化过程的研究将有助于外空生物学家更好地理解地球的气候系统,以及岩石行星的可居住性。

早期温室科学

科学家通过分析行星光谱,可以获取有关这一行星大气和表面的信息。光谱是不同物质对于光线反射或吸收程度的不同。通过分析这些不同,科学家可以反推出每一种光谱特征代表的是何种物质或环境。然而,当科学家们对金星的光谱金星分析时却遇到了麻烦——金星是太阳系中温度最高的行星,这严重影响了数据的解读。

在19世纪50年代首次发现二氧化碳对气候重要性的科学家也对其影响感到惊讶。英国的John
Tyndall和美国的Eunice
Foote分别研究发现,二氧化碳、水蒸气和甲烷都能吸收热量,而更多的大量气体则不能。

金星和地球常常被誉为太阳系里的双胞胎,因为他们质量、大小,甚至位置都最为接近。但是金星这颗距离太阳第二近的大行星显然和地球走了完全不同的演化道路。如今,金星地表炙热难耐,温度高达480摄氏度,而其表面压力也高达90倍地球大气压强。这样恶劣的环境让科学家了解其低空大气和地表信息的努力困难重重。

科学家已经计算出,考虑到到达地球表面的阳光数量,地球温度比正常温度高59华氏度(33摄氏度)。对这种差异的最佳解释是,大气保留了热量使地球变暖。

“遥感,尤其是红外线观测,使我们得以穿透云层,看到大气的最深处以及金星表面,”哈肯:思维汉姆(Hakan
Svedhem)说,他是欧空局金星快车探测器的项目科学家。“在地球上,我们了解大气中的吸收线,因此我们可以进行相应的计算。然而金星上的极端高温高压让观测变得非常复杂。我们不清楚这样的环境会对光谱线造成何种影响,在这种情况下,我们不可能精确地解译这些光谱数据。”

Tyndall和Foote的研究表明,大气中占99%的氮和氧对地球温度基本上没有影响,因为它们不吸收热量。相反,他们发现,更小浓度的气体通过吸收热量产生自然温室效应,使地球保持适宜居住的温度。

为了突破这一数据分析瓶颈,来自欧洲几个国家的科学家聚集到一起。他们计划在实验室重现金星上的极端环境,并就其对光谱数据产生的影响进行分析。这些数据来自欧空局金星快车探测器搭载的设备,比如可见光与红外线热成像分光计。

大气层中的一张毯子

在位于德国柏林的行星辐射实验室内,研究人员赫尔伯特(Joern
Helbert)和他的同事们试着将岩石和尘埃加热至500摄氏度。随着温度上升,这些物体开始发光,开始是在红外波段,接着是在可见光波段。因为不同物质在不同波段的辐射强度不同,这些差异可以被用来辨别行星表面不同的岩石类别。

图为大气层 图源:Google

“高温改变了物质内部结构,因此一些变得更亮,另一些则变得更暗,”赫尔伯特说。“我们研究这一课题已有三年时间,我们使用一种特质的装置,将样品在一个不锈钢容器内加热。这让我们得以迅速加热样品并稳定地保持这样的温度。我们已经在实验室对玄武岩、赤铁矿和花岗岩的光谱进行了分析,我们可以用这些数据与VIRTIS的数据进行比对。”

地球不断地接收来自太阳的能量并将其辐射回太空。为了使地球的温度保持恒定,它从太阳接收到的净热量必须与它发出的热量相平衡。

有了这些新的实验室数据,赫尔伯特的小组希望得以了解金星上的矿物分布以及地质历史的信息,包括近10亿年以来不断发生的岩浆喷涌现象,岩浆的大量涌出导致金星的整个地表被不断的改观。

由于太阳很热,它以短波辐射的形式释放能量,主要是紫外线和可见光。地球要冷得多,所以它以红外辐射的形式释放热量,而红外辐射的波长更长。

对一个以二氧化碳为主的大气层的理解是另一个挑战。金星的低空大气可能是一个焖烧锅,温度甚至高于家用壁炉的两倍。而金星地表反射的光线则必须经过这层致密而超高温的气体层才能抵达金星快车上的观测设备。

二氧化碳和其他吸热气体分子的结构使它们能够吸收红外辐射。分子中原子间的键能以特定的方式振动,就像钢琴琴弦的音高一样。当光子的能量与分子的频率相对应时,光子被吸收,其能量传递给分子。

二氧化碳困住了绝大部分来自地面的红外辐射,这造成了失控的温室效应。但是其光学机理仍然没有被完全理解,尤其是在某些波段,金星大气层几乎是透明的。科学家们希望理解大气层是如何吸收来自地面的辐射的,以及在哪些波段对金星低空大气和表面金星观测是最清晰的。只有这样,科学家们才有可能真正理解获取的光谱数据并正确解译,也才能揭示更多金星浓密大气覆盖下表面的细节和秘密。

二氧化碳和其他吸热气体有三个或更多的原子,它们的频率与地球发出的红外辐射相对应。氧和氮分子中只有两个原子,它们不吸收红外辐射。

为了弥补认识上的不足,一个由古塞皮:皮塞欧尼(Giuseppe
Piccioni)率领的小组正试图在实验室模拟金星的大气层。他是金星快车VIRTIS设备的首席科学家。他们的研究在位于意大利首都罗马的国家天体物理研究院进行,内容包括研究在接近金星那样的高温高压下,二氧化碳光谱线的变化。

图为二氧化碳分子示意图 图源:Google

“我们使用精心设计可以抵挡超高温的容器装入二氧化碳,”
皮塞欧尼说。“然后我们使用精度很高的光谱仪进行测量,以期获得这种气体的吸收线数据。”

大多数来自太阳的短波辐射通过大气层而不被吸收。但是大多数发出的红外辐射都被大气中的吸热气体吸收了。然后他们可以释放红外辐射,或重新辐射热量,其中一些返回地球表面,使它比其他地方更温暖。

这种极度枯燥的实验室工作目前仍在进行,但一旦他们锁定了光谱中清晰的窗口波段,那么科学家们将第一次有能力描绘出金星低层大气中温度和气体的三维分布模型。

图为短波辐射shortwave radiation 图源:Google

这一实验的突破将带来解决一系列重大问题的希望,使我们更好地理解金星大气的动力机制和组分。包括金星上神秘的4天环流(指金星大气中的超高速风现象,比金星自转速度快60倍以上,4天绕全球一圈)、极地漩涡以及水汽和其他微量组分的分布情况。

热传递研究

这些研究的进展,已经在7月18~25日于德国不莱梅举办的国际空间研究委员会会议上进行了介绍。

冷战期间,人们对多种气体对红外辐射的吸收进行了广泛的研究。这项工作由美国空军领导,他们当时正在研发热追踪导弹,需要了解如何探测空气中的热量。

特别声明:本文转载仅仅是出于传播信息的需要,并不意味着代表本网站观点或证实其内容的真实性;如其他媒体、网站或个人从本网站转载使用,须保留本网站注明的“来源”,并自负版权等法律责任;作者如果不希望被转载或者联系转载稿费等事宜,请与我们接洽。

这项研究使科学家能够通过观察太阳系中所有行星的红外信号来了解它们的温度和大气组成。例如,金星的温度大约是华氏870度(470摄氏度),因为它厚厚的大气层中有96.5%是二氧化碳。

它还为天气预报和气候模型提供了信息,使它们能够量化有多少红外辐射保留在大气中并返回到地球表面。

人们有时问我为什么二氧化碳对气候如此重要,因为水蒸气吸收了更多的红外辐射,而这两种气体吸收了几个相同的波长。原因是地球的上层大气控制着散发到太空的辐射。上层大气的密度要比接近地面的大气小得多,水蒸气含量也少得多,这意味着增加更多的二氧化碳会显著影响散发到太空中的红外辐射的多少。

观察温室效应

你有没有注意到,即使平均温度一样,沙漠晚上也比森林冷。由于沙漠上空的大气中没有多少水蒸气,它们释放出的辐射很容易就会逃逸到太空中。在较湿润的地区,来自地表的辐射被空气中的水蒸气捕获。同样,多云的夜晚比晴朗的夜晚更温暖,因为有更多的水蒸气存在。

从过去的气候变化中可以看出二氧化碳的影响。过去数百万年的冰芯表明,在温暖时期,二氧化碳浓度很高,约为0.028%。在冰河时代,地球温度比20世纪低7到13华氏度(4到7摄氏度),二氧化碳只占大气的0.018%。

尽管水蒸气对自然温室效应更为重要,但二氧化碳的变化已经推动了过去的温度变化。相反,大气中的水蒸气含量对温度有反应。随着地球变暖,它的大气层可以容纳更多的水蒸气,这就放大了最初的升温过程,这个过程被称为“水蒸气反馈”。“因此,二氧化碳的变化是过去气候变化的主要影响因素。

图为水蒸气反馈water vapor feedback 图源:Google

小变化,大影响

大气中少量的二氧化碳就能产生巨大的影响,这不足为奇。我们服用的药物只占我们体重的一小部分,却期望它们能对我们产生影响。

今天,二氧化碳的含量比人类历史上任何时候都要高。科学家们普遍认为,自19世纪80年代以来,地球表面的平均温度已经上升了约2华氏度(1摄氏度),而人为增加的二氧化碳和其他吸热气体极有可能是罪魁祸首。

图为工业排放二氧化碳 图源:Google

如果不采取行动控制排放,到2100年,二氧化碳可能达到大气的0.1%,是工业革命前的三倍多。这将是一个比地球过去产生的雕塑巨大影响的转变更快的变化。如果不采取行动,这一小片大气层将会造成大问题。

参考资料

1.WJ百科全书

2.天文学名词

  1. Jason West-我和我家小星

如有相关内容侵权,请于三十日以内联系作者删除

转载还请取得授权,并注意保持完整性和注明出处

发表评论

电子邮件地址不会被公开。 必填项已用*标注