茶年 · 中文维基百科

金星地質

Wikipedia · 2026-03-20 维基百科 👁 1 阅读

金星表面有許多讓人驚訝的地质特徵，在太阳系所有行星中，它最接近地球，并且质量也最相近，但它没有磁场和可识别的板块构造系统，大部分地表为裸露的火山基岩，部分地区覆盖着薄薄、零星的土壤层，与地球、月球和火星形成鲜明对比。金星上也分布有一些撞击坑，与地球相似，陨坑的数量远少于大部分其它的岩石行星。

这部分原因是由于金星稠密的大气层使小型撞击物在撞击地面前就被烧毁，而大型撞击坑的稀少则可能缘于大规模火山活动重塑了金星地表。火山作用似乎是金星地质变化的主要成因。有些火山地貌似乎是该星球上独有的，但这里也有与地球上类似的盾状和复式火山。鉴于金星的大小、密度和组成成分与地球大致相同，因此，最近的研究表明，金星上可能仍存在火山活动。

金星大部分表面相对平坦，主要分为三种地形单元：低地、高地和平原。在早期雷达观测中，曾把高地比作地球上的大陆，现代研究表明，这种类比过于简单，板块构造的缺乏使这种比较具有误导性。金星表面只呈现出有限的构造特征，包括由褶皱和断层组成的线性“变形带”，可能是地幔对流造成的。而如镶嵌地块（大面积高度变形的地形，在二维或三维中折叠和断裂）和蛛网膜地形（类似蜘蛛网的特征）等许多构造特征都与火山作用有关。

风蚀地貌在金星表面并不普遍，但有相当多的证据表明金星大气导致了岩石的化学风化，特别是在高海拔地区。这颗行星非常干燥，大气中只有一些水蒸气的化学痕迹（十万分之二）。地表雷达图像中看不到过去水或冰的地貌。大气显示的同位素证据表明，随着时间的推移，大气中的挥发元素已被排放的气体和太阳风的侵蚀所剥离，这意味着金星可能在过去某个遥远时期曾存在过液态水，但现在没有找到这方面的直接证据，有关金星地质史的许多猜测今天仍在继续。

今天所了解的金星表面情况大多來自於1990年8月16日至1994年9月完成6次環繞金星飞行的麥哲倫號金星探測器，該探測器總共測繪了98%的金星表面，且有22%是可使用3D眼鏡觀看的立體影像。

雖然金星是最接近地球的行星（与地球下合時距離僅約4千萬公里左右），而且體積相近，但至今沒有一艘探測器能在金星表面工作數小時以上，這是由于金星大氣壓为地球的 90 倍，而且表面溫度高达摄氏 450°，究其原因可能是金星大氣層大量二氧化碳（96.5%）造成的溫室效應。

通过紫外線探測可看到金星赤道附近有 Y 形雲层系統形成，代表赤道上空的大氣環流每四天就可環繞金星一週，所以風速可高達 500 公里/小时，這種高速風只存在于高空层，在金星表面附近的低层大氣則相當平靜。

麥哲倫號探測之前的金星表面知識
金星是继月球之後，第二颗从地球上使用雷達觀測的太陽系天體。對金星的首次雷達觀測是1961年美国国家航空航天局深空网络的金石深空通訊體系（GDSCC）。在連續下合期间使用金石深空通訊體系和阿雷西博天文台對金星进行了持續觀測，這些研究確定了早期金星通過子午圈時所测量的結果。1963年確定了金星的自轉为逆行（金星繞太陽公轉方向和本身自轉方向相反）。雷達觀測也讓天文學家知道了金星自轉週期为243.1 个地球日，其自轉軸和軌道平面幾乎垂直，同時也確定了金星半徑为 6052 公里，比之前使用地面光學望遠鏡最好的测量結果减少了 70 公里。

1970年至1985年間雷達成像技術快速進步，早期的雷達影像顯示金星表面的土壤比月球緊密，首次從地球觀測到的雷達影像顯示了非常亮的高地（高雷達信号反射率），分别被命名為α區、β區和麥克斯韋山脈，雷達技術的進步使影像解析度達到 1-2 公里。

进入太空探索時代後，金星被确立為下一个登陆探測的目标地。每19个月就會有一次前往金星的發射窗口，自1962到1985年的每个發射窗口都發射了前往金星的探測器。先后已有10艘探测器成功登陆到金星并传回了数据，它们都是前苏联发射的探测器，其中：金星9号、10号、13号和14号都安装有摄像机，并发回了土壤和岩石的图像。

分光光度测量结果显示，这四次飞行任务在着陆时都激起了尘埃云，这意味着其中一些尘埃的颗粒必须小于约0.02毫米。四处着陆点的岩石均表现出较细的岩层，有些岩层的反射率比其他岩层高。对金星13和14号地点进行的岩石实验发现，这些多孔、易碎（最大载荷承受为0.3至1兆帕）的岩石可能为岩性较弱的沉积物或火山凝灰岩。

金星的表面较地球更平坦，根据前苏联金星計划数据所繪製的金星93%表面地形圖，科學家们發現金星最低處到最高處的高程差約为 13 公里，大约相当于地球洋底与喜马拉雅山较高山峰间的垂直距离。

这种相似性是可预测的，因为一颗行星上可达到的最大海拔落差很大程度上取决于该行星的引力强度和岩石圈机械强度，这对地球和金星来说都是相似的。

根據先驅者金星計划的高程数据，金星51%的地表只高出平均半径（6052公里）500米，仅2%的地表高度超出平均半徑2公里。

麥哲倫號测量的高度證實了金星的主要地表特徵。根據麥哲倫號数据，80%的表面高度比金星平均半徑高出约1公里。金星上最主要的隆起是分布在吉祥天高原周圍的山脈：11公里高的麥克斯韋山脈、7公里的阿克娜山脈和7公里的。雖然金星表面相對平坦，但仍發現了不少广袤的傾斜平原，像麥克斯韋山脈西南側的傾斜平原坡度達到 45°。和的傾斜平原的倾斜度也達 30°。

金星表面大約 75% 的地区都是裸露的岩石。

依据先驅者金星計畫的高程数据和麥哲倫號的進一步確認，金星表面地形可分為三大部分：高地、沉積平原和低地。

高地
地形图]]
金星表面約 10% 的地区为高度 2 公里以上的高地，其中最主要的高地區是阿佛洛狄忒高地、伊师塔高地和拉达高地，以及地質区域貝塔区、福柏区和忒弥斯区。次要的高地群則有阿爾法區、、和。

这些地区的部分地形具有极强的雷达反射信号，高介电质矿物在高地环境温度下是稳定的，但在构成金星表面其余部分的平原上则不然。黄铁矿，一种硫化铁，就符合这种标准，被普遍认为是可能的成因，它是火山高地长期暴露在金星含硫大气中被化学风化所致，但金星上是否存在黄铁矿一直存在争议。大气模拟表明，黄铁矿在金星大气条件下可能并不稳定。有人提出了其他假说来解释高地较高雷达反射率的原因，包括存在介电常数随温度变化的铁电材料（金星的温度梯度随海拨变化）。现已观察到，在整个金星表面，雷达反射高亮的高地特性并非一致，例如麦克斯韦尔山脉的反射率出现了雪线状急剧变化，这与矿物的变化相一致；而奥瓦达区则显示了一种更具渐变性的变亮趋势，奥瓦达区的变亮趋势符合铁电特征，表明那里存在着磷灰石。

沉積平原
沉積平原的平均高度約为0到2公里，佔金星表面一半以上的面積，参见金星上的平原。

低地
金星地表的其余部分为低地，高度通常位于0公里以下。雷達反射数据显示，在厘米級尺度上，這些區域是平坦的，這是夷平作用（指高地侵蝕出來的細顆粒物質在低地的沉積）的結果。

撞擊坑
]]
地基雷达探测发现了一些与撞击坑有关的地形模式，金星15号和金星16号探测器则确认了约150个可能源自撞击的此类特征。接下来，麦哲伦探测器对金星全球范围的探测更确定了近900座的撞击坑。
、和撞击坑]]
麥哲倫號金星探測器拍摄的阿迪瓦尔撞击坑照片。]]
计算表面撞击坑的数量是预测一颗行星表面年龄的方式。随着时间的推移，太阳系中的天体撞击机率是随机的，所以表面撞击坑越多代表年龄越久远。

相较于水星、月球及其他类似天体，金星表面的撞击坑相当少。某种程度讲，这是因为它稠密的大气层使较小的陨石在撞击前就被烧毁了。金星计划和麦哲伦号的数据一致反映：金星上几乎没有直径30公里以下的撞击坑，麦哲伦号的数据更进一步显示没有直径小于2公里的撞击坑。所有的小陨坑形状不规则且成群出现，这表明撞击体在撞击前的减速和解体。然而，金星表面的特征符合完全随机分布，这意味着整个星球的表面年龄大致相同，或者至少在非常大的区域内平均年龄差异很小。

综上所述，这些证据表明金星表面在地质学上相对年轻的，撞击坑的分布与该星球表面几近完全重塑的模型极为一致。在这一极端活动期之后，地表变动率下降，撞击坑开始累积，此后只有一些轻微的地表改变和更新。

一层年轻的地壳全部创建于与同一时间，这种状况不同于任何其他的类地行星。

全球性地表更新事件
根据陨石坑计数估测的地质龄表明，与火星、水星和月球等古老的表面相比，金星地表更年轻。这对于缺乏板块构造进行地壳循环的金星来说，确实值得探究。一种假设是，大约在3-5亿年前，金星经历了一次全球性地表重塑事件，抹去了原有撞击坑的证据。

对该事件可能的解释是，它是金星周期性循环过程的一部分。在地球上，板块构造通过平流（advection），产生地幔物质向地表迁移并将旧地壳收回到地幔的过程，使热量得到逸出。但金星上没有板块构造的证据，因此这一理论认为，由于放射性元素的衰变，金星内部产生升温，当地幔物质热到足以迫使它升到地表后。

磁场和内部结构
金星地壳由厚约70公里的硅酸盐岩石构成。这意味着金星的外核缺乏对流。当地核内外温差很大时，就会发生对流，但由于金星没有板块构造来释放地幔热量，因此有可能外核对流被炽热的地幔抑制住了。同样的原因，如果内核太热或者没有足够的压力让熔融的镍铁冻结在那里，金星就可能会缺少一个坚固的内核。
因此，风成地貌看似稀少，但一定有其他的原因。这意味着金星上可移动的沙粒大小的颗粒相对稀少，这应该是机械侵蚀速度非常慢的结果。金星上产生沉积物最重要的过程可能就是形成陨石坑的撞击事件，这一点得到了撞击坑与迎风面风成地貌间看似存在联系的支持

这一过程在喷射到金星表面的撞击喷出物中得到了体现。陨石撞击出的物质被喷射到大气中，在那里被风吹向西面。当这些物质落回到地表时，会形成抛物线状的图案。这种类型的沉降物可堆积在各种地质特征或熔岩流上面。因此，该类沉积物是金星上最年轻的构造。来自“麦哲伦号”的图像揭示了金星表面存在60多处与撞击坑有关的抛物线状沉积物。

被风搬运的喷发物起到了快速重塑地表的作用，根据“金星计划”测量结果的反映，金星表面风速约为每秒1米，考虑到金星低层大气的密度，这种风速足以引起对地表的侵蚀和细粒物的移动。在喷发沉积物覆盖区，可发现风线、沙丘和雅丹地形。当风将吹起的喷发物和火山灰堆积在地形障碍物（如穹丘）上时，就会形成风线，其结果是穹丘背风侧会暴露在被吹离顶部的小颗粒的冲刷下。此类过程也会暴露出下方粗糙度不同的物质。因而，相较于沉积物，它们在雷达下具有不同的特征。

沙丘是由沙粒般大小的颗粒堆积而成且呈现出波浪状；而雅丹地貌则是形成于风夹物在易碎沉积物上蚀刻出的深沟。

与撞击坑相关的线形风迹指向了赤道方向，这种趋向表明在中纬度和赤道之间存在一个哈德里环流圈循环系统。麦哲伦号雷达数据证实了在金星地表上方确实存在一股向东吹送的强风以及表面经向风。

化学侵蚀
金星表面古老熔岩流的化学和机械侵蚀来自大气层中所含二氧化碳及二氧化硫与地表的反应（详见碳酸盐-硅酸盐循环）。这两种气体在金星上分别为第一和第三多的气体，第二多的是惰性的氮。这些反应可能包括硅酸盐受二氧化碳侵蚀生成碳酸盐和石英，以及硅酸盐与二氧化硫反应产生脱水硫酸钙和二氧化碳。
（左）和麦克斯韦山脉（右）。右边覆盖着高亮的"雪"，高出邻近黑色熔岩流平原达5公里。]]
金星雷達影像中其中一個讓人引起興趣的特性是在金星高緯度區域雷達訊號反射減少，並顯示其最低值是低於金星半徑 6054 公里。這個改變和金星高緯度的輻射減少和溫度相關。

對於金星許多特殊的地表特徵有多個假設提出以解釋。其中一個是金星表面的鬆軟地表包含能有效反射雷達訊號的球狀空洞。另有一個觀點是金星表面並非平坦的，而且被極高介電常數的物質覆蓋，其水量与地球上的一样多。根据他们理论模型中所使用的参数，最后的液态水可能在7.15亿年前蒸发殆尽。氢是水的一种成分，欧空局金星特快车航天器探测到，如今仍在向太空流失。

另请参阅
*麥哲倫號金星探測器
*金星號系列探測器
*維加計劃
*先驅者金星計畫
*金星快車
*金星撞擊坑列表
*金星沙丘地列表
*金星山列表
*蛛網膜地形
*金星表面特徵列表
*金星之雪

备注
参考文献
參考資料
線上資源

NASA出版品
*The Face of Venus. The Magellan Radar Mapping Mission, by Ladislav E. Roth and Stephen D. Wall. NASA Special Publication, Washington, D.C. June 1995 (SP-520).

相關書目
*Surface Modification on Venus as Inferred from Magellan Observations on Plains, by R. E. Ardvison, R. Greeley, M. C. Malin, R. S. Saunders, N. R. Izenberg, J. J. Plaut, E. R. Stofan, and M. K. Shepard. Geophisics Research 97, 13.303. (1992)
*The Magellan Imaging Radar Mission to Venus, by W. T. K. Johnson. Proc. IEEE 79, 777. (1991)
*Planetary Landscapes, 3rd Edition, by R. Greeley. Chapman & Hall. (1994)

外部連結
*[https://web.archive.org/web/20080828021248/http://www.mentallandscape.com/V_Venus.htm 前苏联的金星探索]
*[http://www.mentallandscape.com/C_CatalogVenus.htm 苏联金星图像目录]
*[http://www.jpl.nasa.gov/missions/past/mariner10.html 完成的太空计划 - 水手10号]
*[http://history.nasa.gov/SP-424/contents.htm 水手10号航程]
*[http://www.jpl.nasa.gov/magellan 探索金星的麦哲伦计划]
*[https://web.archive.org/web/20060512022635/http://www-pdsimage.jpl.nasa.gov/PDS/public/magellan/ 麦哲伦号金星任务在线资源]
*[https://web.archive.org/web/20040209023934/http://pds.jpl.nasa.gov/mgddf/guide.htm 麦哲伦号拍摄图像解释指南]
*[http://nssdc.gsfc.nasa.gov/planetary/planets/venuspage.html 国家空间科学数据中心的金星网页（美国宇航局）]
*[https://web.archive.org/web/20110608193253/http://geopubs.wr.usgs.gov/docs/wrgis/venus.html 美国地质勘探局金星地图]
*[http://astrogeology.usgs.gov/Projects/PlanetaryMapping/MapStatus/VenusStatus/Venus_Status.html 美国宇航局/美国地质勘探局行星地质测绘计划]

#金星 #行星地質學 #金星地質

评论 (0)

  • 还没有评论，来抢沙发吧。