金星的大氣層是由俄羅斯科學家米哈伊爾·瓦西里耶維奇·羅蒙諾索夫於1761年在聖彼得堡觀測金星凌日時發現的。它比地球大氣層更為厚重與濃密，其表面溫度為740 K或467°C，而氣壓則為93大氣壓。另一方面，金星的風速隨高度下降而降低，在表面時風速大約是10 km/h。金星兩極則有屬於反氣旋的極地渦旋。每個氣旋都有兩個風眼，並且有特殊的S型雲結構。
儘管金星表面的狀況相當嚴苛，在金星大氣層50到65公里高的地方氣壓與溫度卻與地球相若，因此金星的高層大氣是太陽系中環境最接近地球的地方，甚至比火星表面更類似。因為溫度和壓力相近，並且在金星上可呼吸空氣（21%的氧和78%的氮）是，類似地球大氣層中的氦，因此有人提出可在金星的高層大氣進行探測和殖民。
2013年1月29日，歐洲太空總署科學家宣布金星電離層物質外流的模式與「類似條件下來自彗星彗核的離子尾」類似。
結構與組成
組成
。 右方的圓餅圖顯示大氣中微量成分的總含量仍不及大氣的0.1%，這包括二氧化硫、氬、水蒸氣、一氧化碳、氦和氖等。]]
金星的大氣層主要由二氧化碳、少量的氮和其他的微量氣體組成。氮在金星大氣層的量相對地比二氧化碳為少，但是因為金星的大氣層比地球的更為厚重與濃密，因此儘管地球大氣層有78%是氮，在金星大氣層中氮的總含量仍大致是地球的四倍。
金星的大氣層內包含少量的讓人感興趣的化合物，其中包含一些以氫為主的化合物，例如氯化氢和氟化氢。其他還有一氧化碳、水蒸氣和氧分子等等，而剩餘的氫絕大多數形成硫酸（H2SO4）和硫化氫（H2S）。金星大氣層中的氫大量流失可由大氣層中極高的 D/H 含量比值得知。
對流層
金星的大氣層依照高度被分為數個部分。而金星大氣層中密度最高的部分則是從表面至65公里高處的對流層。在類似火爐中環境的金星表面風速相當低，但在對流層頂的溫度和壓力與地球表面類似，而且雲的移動速度達到100 m/s。
金星大氣層中大量的二氧化碳和水蒸汽、二氧化硫等氣體造成金星表面劇烈的溫室效應，吸收了大量來自太陽的輻射能，使金星表面溫度高達740 K（467°C）。金星表面的平均溫度高於鉛（600 K，327°C）、錫（505 K，232°C）、鋅（693 K，420°C）的熔點。金星厚重的對流層也讓它的白晝與黑夜兩個半球之間溫度差異很小，即使金星的逆向自轉速度極慢，使金星的太陽日達到116.5個地球日。金星的夜晚長達58.3個地球日。在金星的夜半球部分雲的高度可達到80公里。如果將載人太空探測器送往金星，將可以補償溫度在一定程度上的差異。在高度50到54公里或更高區域的任一處將是最容易進行探測甚至殖民的地方。該區域的溫度將是關鍵性的液態水存在範圍，即273 K（0°C）和323 K（50°C），並且氣壓和地球上適合人類居住的區域相同。它的風速大致由和離心力在幾乎純粹的中平衡的關係確定。相反的是，地球大氣層的環流是受到地轉平衡的影響。金星雲層的運動經常是以紫外線進行觀測，因為這個波段的對比度最高。這個超級旋轉是差分的，也就是說金星赤道上的對流層超級自轉比中緯度的地區慢。
金星上的風最終都是由對流驅動。極地渦旋的旋轉週期是3個地球日，方向與大氣層的超級自轉相同。而第二個雙風眼極地渦旋則是於2006年夏季由金星快車在金星南極被觀測到，科學家並未因此感到驚訝。
高層大氣與電離層
金星大氣層的中氣層是自65公里到120公里高，熱層則自120公里高開始，大氣層頂（散逸層）高度大約是220到350公里。在散逸層以上的高度大氣層內氣體粒子之間毫無碰撞運動。
金星的中氣層可再分成兩層：較低的一層在62到73公里高之間；較高的一層則在73到95公里之間。在90到150公里高處的金星氣體自晝半球向夜半球移動，並且在晝半球氣體上升，夜半球氣體下降。在夜半球下降的氣體造成了氣體的絕熱加熱，並在90到120公里高處的夜半球中氣層形成一個暖層。夜半球的中氣層高層和熱層也是非局部熱力學平衡（non-LTE）二氧化碳和一氧化氮分子輻射的來源，這即是夜半球熱層溫度較低的原因。2011年金星快車發現金星大氣層在100公里高處有薄層的臭氧層。
金星的電離層位於120到300公里高處。
誘發磁層
金星並沒有發現磁場的存在。
在太陽日下點處，金星的弓形震波在金星表面以上1900公里或0.3倍金星直徑，這個距離是在2007年太陽極小期時量測的，這些散失氣體主要是通過磁尾散逸。目前金星散逸的離子主要是 O+、H+ 和 He+。氫和氧的散逸比大約是2，代表正在流失水（根據化學計量法）。
雲
金星的雲層厚度極大，並且是由二氧化硫和硫酸液滴組成。這些雲可將75%的太陽輻射反射，因此一般的成像無法拍攝到金星的表面。事實上因為金星的雲層極厚和雲本身的高反照率，金星表面從太陽接收到的能量是少於地球的。
在1990年飛掠金星時拍攝的。規模較小的雲結構已被強化，而偏藍的色調則是以紫外線濾鏡拍攝。]]
金星高層大氣中的硫酸是由二氧化硫、二氧化碳和水蒸汽因為太陽光引發的光化學反應而形成。波長小於169 nm的紫外線可以將二氧化碳光分解為一氧化碳和氧原子。氧原子的活性極高，可以和金星大氣層中的二氧化硫反應而形成三氧化硫，再和水蒸氣結合形成硫酸，可見以下化學式：
:CO2 → CO + O
:SO2 + O → SO3
:SO3 + H2O → H2SO4
金星的硫酸雨永遠不會到達金星表面，會在到達表面以前受熱蒸發形成幡狀雲。理論上來說，早期的火山活動會將硫噴入大氣層中，而高溫會阻礙硫被鎖定在表面的固體化合物，而地球上也是如此。
金星的雲會產生和地球類似的閃電。
2009年一位業餘天文學家和金星快車拍攝的影像都顯示金星大氣層中有一個明亮的斑點。造成該斑點的原因仍不明，有說法指與金星火山活動有關。
生命存在的可能性
因為金星表面的環境相當嚴苛，至今只有一小部分區域被探測。事實上，目前已知的生命形態不一定和在宇宙其他地方的生命型態相同，而且地球上生命的頑強程度並未被證實。地球上已知的嗜極生物就生存於極端的環境中。目前在地球上已發現多種嗜極生物，例如嗜熱生物和超嗜熱生物可以在沸點以上的水存活，嗜酸生物可以在 pH 值3甚至更低的環境下生存，聚-嗜极生物可以在多種極端環境下生存。不過金星表面的溫度超過450°C，遠高於嗜極生物的生存環境，嗜極生物能存活的溫度上限只有約100°C以上數十度。
不過也有些非嗜極生物可以在比雲層高的高空中生存，並已發現有細菌可在地球的雲中生存與繁殖，因此有科學家提出生命也可以在金星的相同區域存活。生活在濃密而混濁的金星雲中生物也許可以利用大氣中的硫化物防止被太陽輻射傷害。
金星的大氣層中已經發現了足以造成化學不平衡的狀態，目前仍需要進一步調查。
有說法指在這樣環境下的微生物可能以太陽輻射中的紫外線做為能量來源，這也許可以解釋在地球上以紫外線觀測時見到的暗斑。大型的非球狀雲分子也在雲蓋中被偵測到，目前仍不知道成分，因此一般認為40億年前的金星大氣層更像表面有液態水的地球大氣層。失控溫室效應可能是因為金星表面水的蒸發以及接下來溫室氣體量增加導致。因此研究地球氣候變化的科學家對金星的大氣層狀況極為關注。
金星的地質狀態顯示在最近十億年內並無液態水存在於表面，不過目前沒有理由顯示金星和地球的形成過程有不同，並且金星和地球早期的水可能是來自形成行星的岩石或稍後彗星撞擊帶入的水。科學家的共同觀點是液態水在金星表面完全被蒸發已存在了約6億年，不過大衛·格里普森等人認為金星上液態水可能存在了20億年。
大多數科學家相信冥古宙時期早期地球的大氣層狀況也與今日的金星類似，二氧化碳氣壓達到約100 bar，並且表面溫度230°C，甚至可能有硫酸雲，直到40億年前板塊運動和早期海洋將大氣層中的硫和二氧化碳吸收。早期的金星很可能也有過類似地球的液態水海洋，但在板塊運動停止時金星的海洋消失了。金星表面年齡大約是5億年，因此不會顯示任何板塊運動的證據。
從地球上的觀測與探測器觀測
方式觀測金星高層大氣獲得有價值的資訊。]]
1761年俄羅斯帝國博學家米哈伊爾·瓦西里耶維奇·羅蒙諾索夫在觀測金星凌日時發現金星周圍有一圈光環，因此下了金星有大氣層的結論。1940年鲁珀特·怀尔特計算出金星大氣層中的二氧化碳含量將會使金星表面溫度上升到超過水的沸點，之後於1962年水手2號以輻射計量測金星表面溫度確認。1967年金星4號確認金星大氣層主要由二氧化碳組成，之後的金星凌日是第一次在地球上以光譜方式分析金星大氣層而得到決定性結果的機會。金星凌日是少數可以得到目前缺乏的高度65到85公里之間金星大氣層資訊的機會。2004年的金星凌日讓科學家獲得了大量的資料，科學家不但確認了金星高層大氣組成，也可以使搜尋太陽系外行星的技術更加精進。金星的大氣層大多是吸收了近紅外線輻射的二氧化碳，因此容易觀察。在2004年金星凌日中，金星大氣層所吸收太陽光譜中不同波常的譜線顯示了不同高度中大氣組成。氣體分子運動造成譜線加寬的都卜勒效應也被量測到，並被用來判斷金星風的模式。
金星凌日是相當少見的天文現象，在2004年以前最近一次金星凌日發生於1882年，最近一次發生在2012年，再之後則要2117年才會再發生 。該探測器五個攝影機中的其中一個稱為「IR2」的將會探測金星大氣層下方的厚雲層，以及大氣層運動和痕量氣體分布。該探測器的軌道與金星表面距離將在300到60000公里之間，可以對金星近距離攝影，並且應可確認金星活火山和閃電的存在。
NASA新疆界計畫可能會有金星内层探测將有助於了解導致金星氣候變化的過程，並且為之後在金星表面採樣後送回地球的任務鋪路。
另外一個由 Venus Exploration Analysis Group（VEXAG）提出的任務 Venus Mobile Explorer 則是要研究金星表面和大氣層組成與同位素量測，任務時間大約90日，發射日期未定。
建議中的任務
在金星表面嚴苛的環境被確認以後，科學家將注意力轉移到火星等其他目標。不過最近已經有一些任務計畫被提出，而這些任務主要是研究目前所知甚少的金星高層大氣。蘇聯的維加計劃在1985年投入兩顆氣球進入金星大氣層，但這兩顆氣球的電力來源是電池，任務只持續大約2個地球日，在那之後就沒有任何對金星高層大氣探測的任務。2002年 NASA 的承包商环球宇航（Global Aerospace）曾提出使用一顆氣球在金星高層大氣停留數百個地球日的計劃。
杰弗里·兰迪斯則提出以太陽能飛行器代替氣球的方案。此外，金星較地球稍低的重力、極高的氣壓和慢速自轉可提供無止盡的太陽能都使太陽能飛行器被認為是探索金星大氣的理想選擇。這個計劃中的飛行器最適合的操作環境將是在太陽照射下大氣壓力和風速可讓它永久留在大氣層中的狀況，並且可以下降到較低高度數小時再上升。在雲中的硫酸對於有適當保護的探測器是不構成威脅的，而這樣的飛行器必須要能在高度45到60公里之間無限期進行量測，除非是遇到機械或其他未預期的問題。蘭迪斯也提出以類似火星探测漫游者的探測車探測金星表面的計劃，不同的是金星表面的探測車將會是被位於大氣層中飛行器電腦傳送電波訊號控制的「啞巴」探測車，並且馬達等機電系統和晶体管等只需要能承受金星表面狀況即可，但較脆弱的微電腦系統以目前技術尚無法承受金星表面高溫、高壓和酸性環境。
俄罗斯联邦航天局在2006年到2015年的計劃中致力於在大約2024年發射金星-D。金星-D的主要科學目標將是調查金星大氣層的結構與組成，以及金星高層大氣、電離層、電活動、磁層和大氣逃逸率。
参考资料
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