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金星自轉速度變慢

根據歐洲太空總署(ESA)金星特快車號(Venus Express)太空船的紅外探測資料,科學家發現金星表面地形特徵並沒有出現在預期應該在的位置,因此懷疑金星自轉速度似乎比之前測量的還慢了一些。

金星特快車是環繞金星運轉的探測器,它的 VIRTIS儀器使用紅外波段進行觀測,因此可穿透金星大氣中濃厚的雲層,看到金星地表的地形特徵。從VIRTIS資料,科學家發現金星地形特徵的位置,與利用美國航太總署(NASA)麥哲倫號(Magellan)探測器在1990年代早期測量的金星自轉速度所計算的預期位置,約相差了20公里左右。右圖上為麥哲倫號的影像,下為金星特快車的影像。

這些觀測資料,將有助於科學家判定金星究竟是液態還是固態核心,並進而瞭解金星的形成和演化狀況。因為如果金星核心為固態,則其質量或許會集中於核心;如此一來,金星自轉受到外力的影響比較小,換言之,自轉速度變動不大。此外,正確測量金星自轉速度,對規劃未來金星登陸任務也相當重要。

影響金星自轉速度的外力中,最重要的莫過於其濃厚的大氣層。金星表面大氣壓力為地球表面的90倍,並擁有高速天氣系統。一般相信金星地表和如此濃厚的大氣層之間的摩擦力,是改變金星自轉速度的原因。

地球其實也有類似的效應,來自大氣的風和海洋的潮汐,會逐漸改變地球自轉速度。其中在一年期間,不同季節的風場型態和氣溫都會隨著季節改變,光這種效應,就已足以使地球真正的「一天」的長度(稱為恆星日)產生約1毫秒(millisecond)的差異(1毫秒=百萬分之一秒)。

受到金星濃厚、支離破碎又有毒的大氣阻擋,科學家一直到1980和1990年代,透過前蘇聯的金星(Venera)15與16號、和NASA的麥哲倫號繞行金星過程中,以雷達(radar)來測繪金星表面,人們才得以首度窺見金星神秘的表面景觀。此外,在麥哲倫號4年的任務期間,能慢慢觀察探測器下方的地形特徵隨金星自轉的位置改變情形,科學家由此估算出金星真正的一天長度(恆星日)為243.0185地球日。然而16年後的金星特快車號所測出的金星恆星日,比麥哲倫號的結果平均長6.5分鐘;科學家以地球表面的雷達設備長期觀察金星的結果,也與金星特快號相同。

DLR德國航太中心 (German Aerospace Centre)行星科學家Nils Müller表示:剛開始發現麥哲倫號和金星特快車號兩者測繪的金星地表地圖不一致時,他們一度懷疑是自己計算錯誤,因為麥哲倫號的觀測資料是相當正確的;但在一再確認、不斷檢查每個想得到的誤差可能性下,他們終於瞭解他們的計算並沒有錯,並開始尋找可能造成金星日長度短期紊亂變動的因素,但最後結論認為在長時間尺度下,這些段其紊亂變動因素到最後都會被平均掉,所以不太可能是短期因素造成的。

另一方面,其他近來的大氣模型模擬結果顯示金星可能有時間尺度長達數十年的天氣循環(weather cycle)現象,可能導致金星自轉週期的長期變化。此外,當金星和地球比較接近時,兩者間的角動量(angular momentum)交換也可能是導致金星自轉變慢的可能因素之一。

資料來源:Could Venus be shifting gear?[2012.02.10]

轉載自台北天文館之網路天文館網站


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