1982年3月的头几天,苏联自动站“金星 - 13”和“金星 - 14”号在金星表面降落,它们又一次地研究了金星的土壤和大气。文章提出了新的结果,并对以前的结果重新理解。
金星的天空
这里没有地球天空的通常的蔚蓝色。金星地表面之上的高空,巨大的橙黄色的圆顶状的云伸展到远处。最低的云层处于48 ~ 49公里的高度,所以,从地球表面看不见金星结构的任何细节。此外,或许纤细的带(好像地球的卷层云一样)分布在稍微低于48公里的高空。按地方时计约6小时,太阳光照耀着云的半个圆顶和从下面一点照耀着另外半个圆顶。云渐渐地变得都亮了,天边的亮度变得均匀是很慢的。地球上经过了一天,再一天,第三天……过了五个地球的昼夜,金星上的地方时才增加一个小时;地球上经过了十个昼夜,金星上的地方时只增加二个小时。金星上的太阳昼夜很长(116.8个地球昼夜相应于1个金星昼夜),全年仅由两个(精确地说是1.91个)太阳昼夜组成。所以它的黎明是如此之长,以至在金星上,什么叫日出也是不知道的。太阳的光线直射也无法穿透20公里厚的硫酸雾,这种硫酸雾我们通常称为金星的“云”。现今,穿透云的缝隙一个也没有发现,甚至最细小的缝隙也没有发现。
金星的云的下面,是巨大的充满若炎热的以二氧化碳气体为主的气体海洋。表面的压力达到95个大气压,密度超过地球大气的“正常”密度的49倍。大气的质量(0.5×1024克)与地球海洋中的水的质量(1.37×1024克)相仿。
地球天空的蔚蓝色是由大气的气体分子引起的光的瑞利散射的结果。在地球大气中,紫色和浅蓝色光线的散射特别强。但在太阳光谱中,紫色光线比浅蓝色光线少得多,以至于肉眼对它的感觉是不明显的,这就是我们在地球上看到浅蓝色天空的原因。在金星上,由于金星表面附近有很高的大气密度,绿色甚至橙色光线散射很强;蓝色光线在更高的高层被散射,可是在大气的低层,也就是它们,被某些气体状的化合物所吸收。因此,在金星地平线之上的天空呈现出明亮的橙 - 绿色。由“金星 - 13”号上的电视照相机传送的彩色照片上,可看到在遥远的小山丘之上,就是这样的橙 - 绿色的天空。
在很稠密的金星大气中,光线经受强烈的折射(歪曲),应该偏到地平线外很远。可能在相当大的距离内,夜里能够看到火山喷火。但是,由于光的强烈散射,喷火看上去像是不清晰的无定形的斑点。白天,当表面吸收太阳光,并且贴表面的气体层被炙热的时候,能够产生反常折射——光线向上面偏转,结果,地平线向观测者靠近。“金星 - 14”号的电视照相机在晚一些的一个早晨降落到金星表面的同一个地方,“看见”了接近地平的清晰的线。
关于大气和云的新结果
地球和金星的主要区别在水的含量方面。地球上水的含量为地球质量的2.3×10-4,金星上水的全部含量仅为金星质量的3×10-9或者接近这个量。显然,可用这些行星形成的条件来说明这种差别。可能,原行星粒子中积水和化学上的束缚水界线是在金星和地球的将来的轨道之间。
对金星大气的水汽含量的分析,得到不完全相同的结果。这意味着在金星对流层中水汽的浓度——已进行了测量——多少有些(例如,依赖于昼夜的时间)变化吗?在所有测量中,水汽含量与高度的关系还不清楚。在云的下边缘,水汽含量比较大一些(约为2×10-4或0.02%),但在金星的近表面要小,为它的1/10(即2×10-5)。在“金星 - 13”和“金星 - 14”上的新的分光光度的试验中,也得到了同样的结果。因为金星的对流层是很好地混和的,因此与高度的相关性能较简单的说明,设想在高度40 ~ 48公里,有水汽源,而在表面或近表面,水汽被吸收,对于这样的机制来说,上升的流量,应当只是氢和氧,以便把水的循环连接起来。
应当指出,在某些试验中得到的结果实际上比上面指出的更大,水汽量与观测到的温室效应的影响不相符。金星表面和大气吸收太阳辐射的可见部分,因为它的温度仍旧是常数,因此金星在热的红外波段,也辐射同样的能量。但在光谱的这部分,二氧化碳气体和水汽的混合物是很少透明的,而透明性恰恰是极大地依赖于水汽的浓度,所以为了保持所得到的能量和所辐射的能量之间的平衡,表面温度和大气低层的温度应当是同样的高。表面温度正好与约为2×10-5的水汽浓度相符;如果水汽浓度变得更大的话,那么对于红外光线来说,大气的不透明性大大地增加了,表面温度就将变得更高。
宇宙的实验对所出现的问题很少得到完美的回答。乍看起来,惰性气体(氩、氖、氪、氙及在1982年没有被分析得出的氦)的同位素成分的精确测量,这个就是完美的回答,其实,在“金星 - 13”和“金星 - 14”上进行的质谱仪实验的最终目的要复杂得多:寻求和阐明对金星、地球和其他行星来说,惰性气体的同位素的比例有很大差别的天体演化学原理。惰性气体或者稀有气体的同位素成分对于行星起源有着特殊的意义。无论哪一种化学反应,这些气体都没有参加。要是不知道氦的话,那么惰性气体是相当迟钝的。金星在形成时期所具有的惰性气体不管是哪一种,在目前都保存着同样的量,但需要有一个附加条件:根据行星壳层中所包含的放射性元素的蜕变,某些稀有气体的同位素形成得较迟。就是这样,氩40是钾40的放射性同位素蜕变的最后产物;氙129是碘129蜕变的产物。惰性气体的类似的同位素被称作放射质;在行星形成阶段落到行星上的同位素(如氩36和氨38)被称作初级的同位素。
在金星大气中,惰性气体同位素的比率无&与地球的也好,还是与火星的也好,都不相似。同时,金星大气中氩的含量等于0.01%,接近于地球大气中氩的绝对含量(约1%)。地球中的放射质的氩40占全部氩的0.996,而初始的氩36和氩38仅占0.004。“金星 - 11”和“金星 - 12”的质谱仪在1978年查明,在金星上同位素的成分完全是另外的情况:初始的同位素同放射质的氩40是一样的。在“金星 - 13”和“金星 - 14”上,由质谱仪的测定证明,对于另外的惰性气体——氖、氪、氙,发现了不同于地球的比率。在金星大气中,它们的含量是:氖接近于10-5,而氪和氙比10-6还少一点。
应该补充一下,在金星大气中有许多氮,占4%。按其绝对值,约比地球大气中的多了4倍。可能由于金星表面高的温度,在金星上的所有的氮都跑到大气中去了。
在气体色层分离法的实验中,得到了有关金星大气中的微小成分的有趣的知识:发现了硫化气体(含量为2 · 10-5)、硫化氢气体(8 · 10-5)、碳硫氧化物(4 · 10-5)和其他的硫的化合物,同样也找到了数量不大的氧(2 · 10-5)和氢(2 · 10-5)。在“金星 - 13”和“金星 - 14”上拥有的这种分光光度计的实验,证明了在金星的对流层底层存在着气体形式的硫的同素异形物质,其中一种,主动地吸收着蓝色光线,它还大大地增强着到达表面的橙色光。
关于云层有几层的问题。和已知的一样,金星的云的上层高于65公里,它具有的光学特性与含量为80%硫酸的微小细滴的性质相同。细滴很小,约1 ~ 2微米;其浓度在靠近65 ~ 67公里处约为每立方厘米300滴。这些细滴形成的机制还不完全清楚。在“金星 - 13”和“金星 - 14”飞行器上的某些试验,专门提供为研究云的气溶胶用。如同分析表明的一样,硫为气溶胶的主要成分,这与关于云的硫酸成分的假设是一致的。但是在1978年得到的云的气溶胶中,氯的含量相当大,这情况没有得到证实。
金星上有火山吗?
已知在地球上正在喷火的火山上空有闪电。金星上与地球上的区别是:由于金星大气的密度高,金星上的喷火应该同时有更猛烈的电的现象发生。但是,主要的强烈的持续的喷火实际上应该在金星上出现。这个结论是以一系列相当合乎逻辑的假设为依据的。
完全可能,在两个行星的壳层中,由于放射性元素的蜕变,热分离多多少少是一样的(金星的土壤中含有与地球的土壤中相同的放射性元素——铀、钍、钾-40),那时,经过行星表面的中等热流约为1.5微卡 · 厘米-2 · 秒-1。地球上,地幔中的对流运动主要是通过热点——在海洋断层线的中央,把这个热流带到表面的。金星上,断层线不多,并且不广延全球,主要把热量带出来只能够发生在火山的喷火时期。骤然看来,可能的和更简单的方式是由于分子的导热性,热扩散透过晶质壳层。但在金星上,这种机制显然只起第二级的作用。由于地壳的导热性低,核的温度随深度很快地增长。因为表面温度很高(450°C),因此使岩石圈变软的水准应该位于接近行星的表面,这样就急剧地降低了岩石圈的负载能力。金星上不可能存在着高山,因为这些特殊的浮船的根部应当被融化了。但我们知道,山却平安地矗立在金星的表面,而且它们最大高差与地球上的一样。为了解释这个自相矛盾的问题,提出了金星上存在经常喷着火的火山的假设。不过,有另外的解释,例如,巨大的火山的圆锥体能够维持在表面,就是被喷出的熔岩压紧的。
关于“经常喷着火的火山”的假设这话几乎是非常完美的,它只有一个缺点:在地球上,强烈的喷火将伴随发生相当多的尘土进入大气,而在金星的对流层中实际上是没有尘土的。自然能够假设,由于近表面的风速很小,尘土落在喷火地附近而没有散得很远。“金星 - 13”和“金星 - 14”飞行器着落的地方,风速真的是不大的:分别为0.5和0.3米/秒。如果最小的微粒半径接近于0.1毫米,喷出的一股灰尘和气体的高度不会超过几公里,这样,微粒就落在离喷火处几十公里的范围内,因此在最远的大气中,仍然可以没有落上灰尘。
“金星 - 14”传送下来的照片好像没有跟从大气中落下灰尘的假设发生矛盾。飞行器着陆的地区,从照片上看,金星地表面是由一层浅的不太浓的色彩和形状有区别的地台组成。一些地质学家认为,这些土壤就是从大气来的灰尘在沉积过程中,随之后来它熔结在结实的岩石里形成的。一些地台坏了,有了裂痕。
在各种照片上,特别是在“金星一9”号发回的照片上,地表的外貌还有地震现象的可能。试图首次在“金星 - 13”和“金星 - 14”号上开始记录它们。当然最希望在行星表面的飞行器“活着的”1 ~ 2个小时内,遇见“金星抖动”,指望仪器记录到微震——土壤微弱的晃动。地球上的微震是在海洋波动的影响下产生的。“金星 - 14”号在着落以后,测量几乎持续了一个小时。测量了半小时左右,发现土壤两次微弱的震动(微震),仪器本身没有造成故障。虽然不能完全消除仪器的影响,但大多数文章的作者倾向于这是真实的微震。“金星 - 13”号的仪器着落地离“金星 - 14”号的着落地为950公里,它没有发现微震。
可以认为,“金星 - 13”若落地区的松软土壤有着比“金星 - 14”着落地的土壤更老的年龄。这些很早形成的熔岩,遭受到强烈的化学风化。在两个仪器上完成的机械测量,表明了土壤的密度接近于每立方厘米2克。有趣的是,在两个点上对土壤成分的初步分析,得到了几乎相同的硅石(二氧化硅)含量(45和49%)。但是氧化钾和氧化钙的含量是不同的:“金星 - 13”得到4和7(%);而“金星 - 14”得到0.2和10(%)。“金星 - 13”着落地的土壤接近于钾质碱性玄武岩,在地球上较少见;而在“金星 - 14”的着落处的土壤,在地球上是属于分布得很广的,是海洋地壳玄武岩。与X射线的荧光分析的结果一致,土壤质量的95%应该是硅、氧、铝、钾、钙、镁、钛、锰、铁。但对所得资料的最后解释还在以后,终归要看在金星大气和表面上进行的其他的全部试验结果怎么样。
[Земля u Вселеннαя,1933年4月]