怎麼讓紅外光能被觀察

金星以其覆蓋整個行星的硫酸雲團和以每小時數百公里速度移動的超高速風而聞名，但我們鄰近行星厚厚的雲層使得科學家很難深入觀察它的大氣層。現在，研究人員利用紅外影象來探測金星雲層的中層，發現了一些意想不到的驚喜。這項發表在AGU《地球物理研究快報》上的新研究發現，這一中層雲層顯示出多種隨時間變化的雲型，與金星雲層的上層非常不同，後者通常用紫外線影象進行研究。研究還發現，中層雲的反照率發生了變化，或者說它們反射回太空的陽光量發生了變化，這可能表明存在吸收太陽輻射的水、甲烷或其他化合物。

中間雲層的運動，結合之前觀測，使研究人員能夠重建出一幅金星上10年風的圖片，顯示出金星中間雲層的超高速風在赤道處是最快的，而且和上面的雲一樣，速度會隨著時間而改變。這些新觀測結果可以幫助科學家更好地瞭解我們的鄰近行星，併為其他具有類似特徵的行星和系外行星提供線索。日本宇宙航空研究開發機構（JAXA） ITYF研究員、這項新研究的主要作者哈維爾·佩拉爾塔（Javier Peralta）說：我們觀察到了完全意想不到的事件，發現，中間的雲層並不像之前任務中發現的那樣那麼安靜或無聊。

觀察金星的雲層

這項新研究使用了日本宇宙航空研究開發機構的赤月航天器拍攝影象。赤月航天器於2015年12月抵達金星，其主要目標是瞭解金星的超級自轉。超級自轉是一種令人困惑的現象，在土衛六和許多系外行星上也能看到這種現象，它使大氣的移動速度比固體行星快得多。金星需要243個地球日才能完成一次自轉。然而，這顆行星的大氣層繞金星一週只需要4個地球日——大約比行星自轉速度快60倍。在這項新的研究中，研究人員分析了赤月相機在一年多的時間裡拍攝近1000張金星雲層的紅外影象。這架照相機的設計初衷是為了觀察位於地球表面50至55公里高空的中層雲層。紅外線波長的光子在被反射之前可以穿透雲層更深，這使得科學家可以更深入地觀察雲層。

之前研究金星最上層雲層的任務曾瞥見過中層雲層，但未能利用紅外影象對其進行長時間的清晰觀察。為了觀察中天雲團是如何演變的，觀察它們的時間比以前任務要長。赤月拍攝的新照片顯示，中層雲層會隨著時間的推移而變化，這與金星的上層雲層也有很大不同，後者位於約70公里的高度。有時，影象顯示的是被明亮雲層侵入的較暗雲帶，這些雲帶有時呈現出漩渦狀或斑駁狀。這些觀測結果暗示了對流，即大氣中熱量和水分的垂直運動。在地球上，對流可以引起雷暴。在其他時候，這些影象顯示的雲湍流程度較低，呈現出均勻的明亮或無特徵，帶有多條條紋。從2016年4月到5月，金星北半球每隔四五天就會週期性地變暗。

根據這項新研究，科學家們此前並沒有觀察到半球之間的這種差異，其原因還有待確定。這些影象還顯示了其他罕見的雲特徵，包括2016年5月和10月在北半球延伸超過7300公里的鉤狀暗絲。赤月還在雲層反照率中發現了意想不到的高反差。這項新研究表明，雲層中可能存在能夠吸收紅外線波長的化合物，或者雲層厚度可能發生變化。科學家們還將赤月的照片與業餘觀測者的觀測結果，以及歐洲航天局（ESA）的“金星快車”（Venus Express）和美國宇航局（NASA）的“信使號”（MESSENGER）等以往的任務相結合，重建了10年來金星的風場。發現，在金星的中央雲中，超級旋轉的風在赤道處有時是最快的，在幾個月時間裡，速度可以改變高達每小時50公里。

瞭解金星的超級自轉

這些發現可以幫助科學家更好地理解金星的超級自轉。佩拉爾塔認為，金星表面的摩擦阻力和山波，以及太陽週期性的加熱，可能是維持超級自轉的關鍵因素，因為它們減緩或加速了風的速度，並定義了它的長期演化。由於大部分太陽能都被雲層吸收，而且那裡也出現了速度最快的超旋轉風，研究雲層的幾層對理解風是至關重要。

科學家們懷疑金星雲層和反照率的變化可能與行星的超旋轉有關，以及風的動量和能量是如何傳輸的。揭示金星超級自轉的原因及其與失控溫室效應之間的潛在聯絡，可能有助於科學家瞭解地球上與氣候變化有關的變化。這一發現還可以揭示太陽系中其他天體的大氣超旋轉，比如土星的衛星泰坦，以及離太陽系非常近的系外行星。