金星一天多长？让我们揭开这位近邻神秘的面纱
原作：Christopher Crockett
编译：郑修肸 魏麟鉴
校译：牧夫天文校对组
编排：王璞
后台：库特莉亚芙卡 李子琦 徐⑨坤 胡永葳
金星是个谜一般的存在，我们就在她隔壁，却对她了解甚少。在正常情况下（排除超新星爆发、火流星等突发天象），从地球看，金星是除了太阳、月亮和人造卫星以外最亮的天体，实际上金星可谓是人间炼狱：在浑浊且厚重的云层之下，是酸雨不断、铅都液化严酷景观。
图源：NASA/JPL-Caltech
图源：NASA/JPL
目前，对地球安全的最新观测结果正揭开金星一些最基本特征的面纱。在过去的15年里，加州大学洛杉矶分校领导的一个研究小组不断将雷达信号从地球表面发射出去并接收到金星反射回的信号，从而确定了金星上一天的精确时长、金星的轴倾角及其核心的大小。这项研究结果发布在《自然·天文学》上。
“金星是我们地球的孪生姊妹，而我们却对她的这些基本性质尚且未知。”在加州大学洛杉矶分校教授地球学、行星学和宇宙学并领导该项研究的吕克·马戈特感慨道。
地球与金星有诸多共同点：岩质行星，几乎相同的半径、质量和密度，但她们却各自步入了风马牛不相及的“演化之路”——两者的环境有着天壤之别。而诸如“金星一天有多少个小时”这类基本原理或基础知识则为我们理解这些邻近行星的不同过往提供了关键的信息和数据。
金星自转状态和自转轴方向的变化揭示了其内部的质量是如何分布的。反过来，我们对其内部结构的认识又能推导出金星的形成、火山爆发的历史以及时间是如何塑造出金星地表面貌的。此外，如果没有关于金星如何运动的精确数据，在未来任何尝试的着陆都可能偏离预计抵达点30千米。
“事实上，如果没有这些精确的数据和测量，我们将是一群'无头苍蝇’。”
新的雷达测量结果显示，金星上的一天平均是243.0026个地球日——差不多是地球上一年的三分之二。更有甚者，金星的自转速率也一直在变化，每次测量的结果都会与之前测量的值有偏差——或稍大，或略小。该研究小组单独利用每组的观测数据估算了金星一天的时长，发现都至少有20分钟的差距。
“这也许就解释了此前的估算何以总是彼此不一致。”
金星厚实的大气层可能是造成这些变化的“罪魁祸首”，这是因为，她表面的大气环流与坚硬的岩质地表因摩擦交换了大量动量，或加速、或减速了其自身的自转速率。同样的情况也发生在地球身上，但这对金星的影响更为显著，因为金星大气层的总质量是地球的93倍，因此对于地球来说，大气层与地表摩擦导致的动量交换更少——对地球自转速率的影响只是每天增加或减少1毫秒。
该研究小组也发现，金星自转轴倾角为2.6392°（地球自转轴倾角大约为23°），这比此前估计的数据在精度上提高了十倍。大量的雷达测量数据表明，金星自转轴的方向一直在改变（自转轴的“进动”），追踪它摇摆的顶部，在空间中掠出一个圆锥，就像一个旋转但不稳定的陀螺。地球上这一“进动”大概26000年一周期（岁差），而金星则稍长一些，大概29000年循环一次。
在精确测量金星的自转后，研究团队计算出金星的核心半径大约有3500千米——与地球核心半径相当接近——即使还无法推断出构成她核心的物质是液体还是固体。
金星？迪斯科球！
从2006年到2020年，马戈特和他的同事利用位于加州莫哈韦沙漠的70米口径“金石”无线电天线向金星共发射了21次无线电波。发射的几分钟后，“金石”和西弗吉尼亚州的“绿岸”天文台就接收到了被金星反射了回来的无线电波。
“我们将金星当作一个巨大的迪斯科球，”马戈特将无线电天线比作手电筒，那么金星就像是数以百万计的微型反射器组成的巨大“迪斯科球”，“我们用一个功率极大的'手电筒’照射她——这比真正的普通手电筒亮10万倍，倘若我们收到了这个迪斯科球反射回来的电波，我们就可以据此推断出这个迪斯科球的自转状态及性质。”
Muhammad Nadeem, Jean-Luc Margot/UCLA and NASA
这一复杂的反射忽明忽暗，虽然整个地球都能收到信号，但步调并不一致。“金石”首先接收到“回音”，而后20秒，“绿岸”才接收到信号。这个“回音”被接收到的时间差恰恰表明金星自转速度有多快，而这段时间间隔周期的相似性则说明了金星的轴倾角。
观测需要精确把握时机，以确保金星和地球处于正确的相对位置。这就要求必须精准操控上述两个天文台的设备，但现实并非总是如此。“我们不得不承认，让这一切设备能够正常工作30秒也绝非易事。”马戈特说，“大多数情况下，我们能够获取一些数据，但如果我们想得到全部符合期望的数据，这种情况少之又少。”
尽管面临巨大的挑战，该团队仍在研究之路上无所畏惧大步向前，并将目光投向木星的卫星——木卫二和木卫三。许多研究人员猜测，特别是木卫二，其厚实的冰层下面存在液态水海洋。地面雷达测量可以加深我们对这片海洋的了解，并得知冰壳的厚度。
木卫二（欧罗巴）
图源：NASA/JPL-Caltech/SETI Institute
当然，该团队会继续向金星发射雷达信号。而每一个来自金星的“回音”，都将帮助我们掀开这颗“孪生姊妹星”那朦胧的面纱。
『天文时刻』 牧夫出品
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