Som morgonstjärnan, kvällstjärnan och det ljusaste naturliga föremålet på himlen (efter månen) har människor varit medvetna om Venus sedan urminnes tider. Trots att det skulle gå många tusen år innan det erkändes som en planet, har det varit en del av mänsklig kultur sedan början av den registrerade historien.
På grund av detta har planeten spelat en viktig roll i mytologin och astrologiska system för otaliga människor. Med modern tidsålders dag har intresset för Venus vuxit, och observationer gjorda om dess position på himlen, förändringar i utseende och liknande egenskaper som Jorden har lärt oss mycket om vårt solsystem.
Storlek, massa och omloppsbana:
På grund av dess liknande storlek, massa, närhet till solen och sammansättningen benämns Venus ofta jordens ”systerplanet”. Med en massa av 4.8676 × 1024 kg, en ytarea av 4,60 x 108 km², och en volym av 9,28 × 1011 km3, Venus är 81,5% så massiv som jorden och har 90% av dess ytarea och 86,6% av dess volym.
Venus kretsar runt solen på ett genomsnittligt avstånd på cirka 0,72 AU (108 000 000 km / 67 000 000 mi) utan nästan ingen excentricitet. I själva verket, med sin längsta bana (aphelion) på 0,728 AU (108 939 000 km) och närmaste bana (perihelion) på 0,718 AU (107 477 000 km), har den den mest cirkulära omloppet av någon planet i solsystemet.
När Venus ligger mellan Jorden och solen, en position som kallas underlägsen konjunktion, gör den den närmaste tillvägagången till jorden på alla planeter, på ett genomsnittligt avstånd på 41 miljoner km (vilket gör den till den närmaste planeten till jorden). Detta sker i genomsnitt en gång var 584 dagar. Planeten fullbordar en bana runt solen var 224,65 dagar, vilket innebär att ett år på Venus är 61,5% så länge som ett år på jorden.
Till skillnad från de flesta andra planeter i solsystemet, som roterar på sina axlar moturs, roterar Venus medurs (kallas "retrograd" rotation). Den roterar också mycket långsamt och tar 243 jorddagar att slutföra en enda rotation. Detta är inte bara den långsammaste rotationsperioden för någon planet, det betyder också att en siderisk dag på Venus varar längre än ett venusiskt år.
Sammansättning och ytfunktioner:
Lite direkt information finns om den interna strukturen i Venus. Baserat på dess likheter i massa och densitet med jorden, tror forskare att de delar en liknande inre struktur - en kärna, mantel och skorpa. Liksom Jordens tros den venusiska kärnan att åtminstone vara delvis flytande eftersom de två planeterna har kylts i ungefär samma takt.
En skillnad mellan de två planeterna är bristen på bevis för plattaktonik, vilket kan bero på att dess jordskorpa är för stark för att subducera utan vatten för att göra den mindre viskös. Detta resulterar i minskad värmeförlust från planeten, vilket förhindrar att den svalnar och möjligheten att intern värme går förlorad vid periodiska större återuppbyggnadshändelser. Detta föreslås också som en möjlig orsak till att Venus inte har något internt genererat magnetfält.
Venus yta verkar ha formats av omfattande vulkanisk aktivitet. Venus har också flera gånger så många vulkaner som Jorden och har 167 stora vulkaner som är över 100 km över. Förekomsten av dessa vulkaner beror på bristen på plattaktonik, vilket resulterar i en äldre, mer bevarad skorpa. Medan jordens havskorpa utsätts för underkastelse vid dess plattgränser och är i genomsnitt ~ 100 miljoner år gammal, beräknas den venusiska ytan vara 300-600 miljoner år.
Det finns indikationer på att vulkanisk aktivitet kan pågå på Venus. Uppdrag som utfördes av det sovjetiska rymdprogrammet på 1970-talet och mer nyligen av Europeiska rymdorganisationen har upptäckt åskväder i Venus atmosfär. Eftersom Venus inte upplever nederbörd (utom i form av svavelsyra) har det teoretiserats att blixtet orsakas av ett vulkanutbrott.
Andra bevis är den periodiska ökningen och nedgången av svaveldioxidkoncentrationer i atmosfären, vilket kan vara ett resultat av periodiska, stora vulkanutbrott. Och slutligen har lokaliserade infraröda hotspots (som sannolikt ligger i intervallet 800 - 1100 K) dykt upp på ytan, vilket kan representera lava som frisläppts av vulkanutbrott.
Bevarandet av Venus yta är också ansvarigt för dess slagkratrar, som obefläckat bevaras. Nästan tusen kratrar finns, som är jämnt fördelade över ytan och sträcker sig från 3 km till 280 km i diameter. Inga kratrar mindre än 3 km finns på grund av den inverkan den täta atmosfären har på inkommande föremål.
I huvudsak bromsas föremål med mindre än en viss mängd kinetisk energi så mycket av atmosfären att de inte skapar en slagkrater. Och inkommande projektiler med mindre än 50 meter i diameter kommer att fragmentera och brinna upp i atmosfären innan de når marken.
Atmosfär och klimat:
Ytobservationer av Venus har varit svåra tidigare, på grund av dess extremt täta atmosfär, som främst består av koldioxid med en liten mängd kväve. Vid 92 bar (9,2 MPa) är den atmosfäriska massan 93 gånger den för jordens atmosfär och trycket vid planetens yta är ungefär 92 gånger det på jordens yta.
Venus är också den hetaste planeten i vårt solsystem med en medeltemperatur på 735 K (462 ° C / 863,6 ° F). Detta beror på den CO²-rika atmosfären som, tillsammans med tjocka svaveldioxidmoln, ger den starkaste växthuseffekten i solsystemet. Ovanför det täta CO²-skiktet sprider tjocka moln som huvudsakligen består av svaveldioxid och svavelsyredroppar cirka 90% av solljuset ut i rymden.
Venus yta är effektivt isotermisk, vilket innebär att deras nästan ingen variation i Venus yttemperatur mellan dag och natt, eller ekvatorn och polerna. Planetens minsta axiella lutning - mindre än 3 ° jämfört med jordens 23 ° - minimerar också säsongens temperaturvariation. Den enda märkbara variationen i temperatur sker med höjden.
Den högsta punkten på Venus, Maxwell Montes, är därför den kallaste punkten på planeten, med en temperatur på cirka 655 K (380 ° C) och ett atmosfärstryck på cirka 4,5 MPa (45 bar).
Ett annat vanligt fenomen är Venus starka vindar, som når hastigheter upp till 85 m / s (300 km / h; 186,4 mph) vid molntopparna och cirklar planeten var fjärde till fem jorddagar. Vid denna hastighet rör sig dessa vindar upp till 60 gånger hastigheten för planetens rotation, medan jordens snabbaste vindar endast är 10-20% av planetens rotationshastighet.
Venus flybys har också indikerat att dess täta moln kan producera blixtnedslag, precis som molnen på jorden. Deras intermittenta utseende indikerar ett mönster som är förknippat med väderaktivitet, och blixtnedslaget är minst hälften av det på jorden.
Historiska observationer:
Även om forntida människor visste om Venus, tyckte vissa av kulturerna att det var två separata himmelsföremål - kvällstjärnan och morgonstjärnan. Även om babylonierna insåg att dessa två "stjärnor" i själva verket var samma objekt - som indikerades i Venus-tablett från Ammisaduqa, daterad 1581 fvt - var det inte förrän på 600-talet fvt att detta blev en gemensam vetenskaplig förståelse.
Många kulturer har identifierat planeten med sin respektive gudinna för kärlek och skönhet. Venus är det romerska namnet för kärlekens gudinna, medan babylonierna kallade det Ishtar och grekerna kallade det afrodite. Romarna betecknade också morgonaspekten av Venus Lucifer (bokstavligen "Light-Bringer") och kvällaspekten som Vesper ("kväll", "kvällsmat", "väst"), som båda var bokstavliga översättningar av respektive grekiska namn ( Fosfor och Hesperus).
Venus transitering framför solen observerades först 1032 av den persiska astronomen Avicenna, som drog slutsatsen att Venus är närmare jorden än solen. På 1100-talet observerade den andalusiska astronomen Ibn Bajjah två svarta fläckar framför solen, som senare identifierades som transiterna av Venus och Merkurius av den iranska astronomen Qotb al-Din Shirazi på 1200-talet.
Moderna observationer:
I början av 1600-talet observerades Venus transitering av den engelska astronomen Jeremiah Horrocks den 4 december 1639 från sitt hem. William Crabtree, en engelsk engelsk astronom och vän till Horrocks ', observerade transiten samtidigt, också från sitt hem.
När Galileo Galilei först observerade planeten i början av 1600-talet, fann han att den visade faser som månen, varierande från halvmåne till gibbös till full, och vice versa. Detta beteende, som bara kunde vara möjligt om Venus 'kretsade om solen, blev en del av Galileos utmaning till den ptolemaiska geocentriska modellen och hans förespråkare av den kopernikanska heliocentriska modellen.
Atmosfären i Venus upptäcktes 1761 av den ryska polymaten Mikhail Lomonosov och observerades sedan 1790 av den tyska astronomen Johann Schröter. Schröter fann när planeten var en tunn halvmåne, sträckte sig cuspsna över mer än 180 °. Han antagde korrekt att detta berodde på spridning av solljus i en tät atmosfär.
I december 1866 gjorde den amerikanska astronomen Chester Smith Lyman observationer av Venus från Yale-observatoriet, där han var i styrelsens styrelse. När han observerade planeten såg han en fullständig ljusring runt planetens mörka sida när den var i underlägsen förbindelse, vilket gav ytterligare bevis för en atmosfär.
Lite annat upptäcktes om Venus fram till 1900-talet, då utvecklingen av spektroskopiska, radar och ultravioletta observationer gjorde det möjligt att skanna ytan. De första UV-observationerna genomfördes på 1920-talet, när Frank E. Ross fann att UV-fotografier avslöjade betydande detaljer, som tycktes vara resultatet av en tät, gul undre atmosfär med höga cirrusmoln ovanför.
Spektroskopiska observationer i början av 1900-talet gav också de första ledtrådarna om den venusiska rotationen. Vesto Slipher försökte mäta Doppler-ljusskiftet från Venus. Efter att ha upptäckt att han inte kunde upptäcka någon rotation, antog han planeten måste ha en mycket lång rotationsperiod. Senare arbete på 1950-talet visade att rotationen var retrograd.
Radarobservationer av Venus genomfördes först på 1960-talet och gav de första mätningarna av rotationsperioden, som låg nära det moderna värdet. Radarobservationer på 1970-talet, med radioteleskopet vid Arecibo-observatoriet i Puerto Rico, avslöjade detaljer för den venusiska ytan för första gången - till exempel närvaron av Maxwell Montes-bergen.
Utforskning av Venus:
De första försöken att utforska Venus monterades av sovjeterna på 1960-talet genom Venera-programmet. Det första rymdskeppet, Venera-1 (även känd i väst som Sputnik-8) lanserades den 12 februari 1961. Men förlorade kontakten sju dagar in i uppdraget när sonden låg cirka 2 miljoner km från jorden. I mitten av maj beräknades sonden passera inom 100 000 km (62 000 miles) från Venus.
Förenta staterna lanserade Mariner 1 sond den 22 juli 1962 med avsikt att genomföra en Venus flyby; men också här förlorades kontakten under lanseringen. De Mariner 2 uppdraget, som inleddes den 14 december 1962, blev det första framgångsrika interplanetära uppdraget och passerade inom 34 833 km (21 644 mi) från Venus yta.
Dess observationer bekräftade tidigare markbaserade observationer som indikerade att även om molntopparna var svala, var ytan extremt varm - minst 425 ° C (797 ° F). Detta slutade alla spekulationer om att planeten kan hysa liv. Mariner 2 fick också förbättrade uppskattningar av Venus massa, men kunde inte upptäcka varken ett magnetfält eller strålningsbälten.
De Venera-3 rymdskepp var sovjeternas andra försök att nå Venus, och deras första försök att placera en lander på planetens yta. Rymdskeppet landade på Venus den 1 mars 1966 och var det första konstgjorda objektet som kom in i atmosfären och träffade ytan på en annan planet. Tyvärr misslyckades kommunikationssystemet innan det kunde returnera planetdata.
Den 18 oktober 1967 försökte sovjeterna igen med Venera-4 rymdskepp. Efter att ha nått planeten gick sonden fram i atmosfären och började studera atmosfären. Förutom att notera prevalensen av koldioxid (90-95%), mätte den temperaturer över vad Mariner 2 observerade och nådde nästan 500 ° C. På grund av Venus 'atmosfär sjönk sonden långsammare än förväntat, och dess batterier slutade efter 93 minuter när sonden fortfarande befann sig 24,96 km från ytan.
En dag senare, den 19 oktober 1967, Mariner 5 genomförde en fly-by på ett avstånd av mindre än 4000 km över molntopparna. Ursprungligen byggd som en säkerhetskopia för Mars-bunden Mariner 4, sonden återlämnades för ett Venus-uppdrag efter Venera-4Framgång. Sonden lyckades samla information om den venusiska atmosfärens sammansättning, tryck och densitet, som sedan analyserades vid sidan av Venera-4 data från ett sovjetamerikansk vetenskapsteam under en serie symposier.
Venera-5 och Venera-6 lanserades i januari 1969 och nådde Venus den 16 och 17 maj. Med hänsyn till den extrema tätheten och trycket i Venus atmosfär kunde dessa sönder uppnå en snabbare nedstigning och nådde en höjd på 20 km innan de krossades - men inte innan de återvände över 50 minuters atmosfäriska data.
De Venera-7 byggdes med avsikt att returnera data från planetens yta och konstruerades med en förstärkt härkomstmodul som kan motstå intensivt tryck. När den gick in i atmosfären den 15 december 1970, kraschade sonden på ytan, uppenbarligen på grund av en rippad fallskärm. Lyckligtvis lyckades det att returnera 23 minuter med temperaturdata och den första telemetri från den andra planetens yta innan den gick offline.
Sovjeterna lanserade ytterligare tre Venera-prober mellan 1972 och 1975. De första landade på Venus den 22 juli 1972 och lyckades överföra data i 50 minuter. Venera-9 och 10 - som kom in i Venus 'atmosfär 22 oktober respektive 25 oktober 1975 - båda lyckades skicka tillbaka bilder av Venus yta, de första bilderna som någonsin tagits av en annan planets landskap.
Den 3 november 1973 hade USA skickat Mariner 10 sond på en gravitational slangbottningsbana förbi Venus på väg till Merkurius. Senast den 5 februari 1974 passerade sonden inom 5790 km från Venus och gav över 4000 fotografier. Bilderna, som var de bästa hittills, visade planeten att vara nästan prestalös i synligt ljus; men avslöjade aldrig tidigare sett detaljer om molnen i ultraviolett ljus.
I slutet av sjuttiotalet påbörjade NASA Pioneer Venus Project, som bestod av två separata uppdrag. Den första var Pioneer Venus Orbiter, som infördes i en elliptisk bana runt Venus den 4 december 1978, där den studerade sin atmosfär och kartlade ytan under en period av 13 dagar. Den andra, den Pioneer Venus Multiprobe, släppte totalt fyra sonder som gick in i atmosfären den 9 december 1978 och returnerade data om dess sammansättning, vindar och värmeflöden.
Fyra fler Venera-landningsuppdrag ägde rum mellan slutet av 70-talet och början av 80-talet.Venera 11 och Venera 12 upptäckt venusianska elektriska stormar; och Venera 13 och Venera 14 landade på planeten den 1 och 5 mars 1982 och returnerade de första färgfotografierna på ytan. Venera-programmet avslutades i oktober 1983, då Venera 15 och Venera 16 placerades i omloppsbana för att utföra kartläggning av den venusiska terrängen med syntetisk öppningsradar.
1985 deltog sovjeterna i ett samarbetsföretag med flera europeiska stater för att starta Vega-programmet. Detta två-rymdskeppsinitiativ var avsett att dra nytta av utseendet på Halley's Comet i det inre solsystemet och kombinera ett uppdrag till det med en flyby av Venus. På väg till Halley den 11 och 15 juni släppte de två Vega-rymdfarkosterna sönder i Venera-stil som stöds av ballonger i den övre atmosfären - som upptäckte att det var mer turbulent än tidigare beräknats, och utsatt för hög vind och kraftfulla konvektionsceller.
NASA: s Magellan rymdskepp sjösattes den 4 maj 1989 med ett uppdrag att kartlägga Venusytan med radar. Under sitt fyra och ett halvt års uppdrag tillhandahöll Magellan de mest högupplösta bilderna hittills av planeten och kunde kartlägga 98% av ytan och 95% av dess tyngdfält. 1994, i slutet av sitt uppdrag, Magellan skickades till dess förstörelse i atmosfären i Venus för att kvantifiera dess densitet.
Venus observerades av Galileo och Cassini rymdskepp under flybys på sina respektive uppdrag till de yttre planeterna, men Magellan var det sista dedikerade uppdraget till Venus i över ett decennium. Det var inte förrän oktober 2006 och juni 2007 som MESSENGER-sonden skulle genomföra en sväng av Venus (och samla in data) för att bromsa sin bana för en eventuell orbitalinsättning av Merkurius.
Venus Express, en sond designad och byggd av Europeiska rymdorganisationen, antog framgångsrikt polarbanan runt Venus den 11 april 2006. Denna sond genomförde en detaljerad studie av den venusiska atmosfären och molnen och upptäckte ett ozonskikt och en virvlande dubbel-virvel vid sydpolen innan han avslutade sitt uppdrag i december 2014.
Framtida uppdrag:
Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA) utvecklade en Venus orbiter - Akatsuki (tidigare ”Planet-C”) - för att utföra ytavbildning med en infraröd kamera, studier på Venuss blixt och att bestämma förekomsten av aktuell vulkanism. Hantverket lanserades den 20 maj 2010, men fartyget misslyckades med att komma in i omloppsbana i december 2010. Dess huvudmotor är fortfarande offline, men dess kontrollörer kommer att försöka använda sina små inställningskontrollstrustare för att göra ytterligare ett försök i omloppsinföring den 7 december, 2015.
I slutet av 2013 lanserade NASA Venus Spectral Rocket Experiment, ett sub-orbital rymdteleskop. Detta experiment är avsett att göra ultraviolett ljusstudier av Venus atmosfär, i syfte att lära sig mer om historien om vatten på Venus.
Europeiska rymdorganisationens (ESA) BepiColombo uppdraget, som kommer att lanseras i januari 2017, kommer att utföra två flybys av Venus innan den når Mercury-bana 2020. NASA kommer att lansera Solar Probe Plus 2018, som kommer att utföra sju Venus flybys under sitt sexåriga uppdrag att studera solen.
Enligt sitt nya gränsprogram har NASA föreslagit att införa ett landeruppdrag till Venus som kallas Venus In-Situ Explorer år 2022. Syftet kommer att vara att studera Venus ytförhållanden och undersöka de grundläggande och mineralogiska egenskaperna hos regolit. Sonden skulle vara utrustad med en kärnprovtagare för att borra i ytan och studera orörda bergprover som inte väder ut av de hårda ytförhållandena.
Venera-D-rymdskeppet är en föreslagen rysk rymdsond till Venus, som planeras lanseras cirka 2024. Detta uppdrag kommer att genomföra observationer i fjärranalys runt planeten och distribuera en lander, baserad på Venera-designen, som kan överleva för en lång varaktighet på ytan.
På grund av dess närhet till jorden, och dess likhet i storlek, massa och sammansättning, tros Venus en gång hålla liv. I själva verket bestod idén om att Venus skulle vara en tropisk värld långt in i 1900-talet, tills Venera- och Mariner-programmen visade de absoluta helvetliga förhållandena som faktiskt finns på planeten.
Trots det tros det att Venus en gång kan ha varit ungefär som Jorden, med en liknande atmosfär och varmt, rinnande vatten på ytan. Denna uppfattning stöds av det faktum att Venus sitter inom den inre kanten av solens bebörliga zon och har ett ozonlager. På grund av den borttagna växthuseffekten och bristen på magnetfält försvann emellertid detta vatten för många miljarder år sedan.
Fortfarande finns det de som trodde att Venus en dag skulle kunna stödja mänskliga kolonier. För närvarande är det atmosfäriska trycket nära marken alldeles för extremt för att bebyggelser kan byggas på ytan. Men 50 km över ytan, både temperaturen och lufttrycket liknar jordens, och det tros att både kväve och syre finns. Detta har lett till att förslag till ”flytande städer” ska byggas i den venusiska atmosfären och utforskningen av atmosfären med hjälp av luftskepp.
Dessutom har förslag gjorts som föreslår att Venus bör terraformeras. Dessa har varierat från att installera en enorm rymdskugga för att bekämpa växthuseffekten, till kometer som kraschar in i ytan för att blåsa av atmosfären. Andra idéer handlar omvandla atmosfären med kalcium och magnesium för att binda bort kolet.
Liksom förslag till terrassformning av Mars är dessa idéer alla i sin barndom och är hårt pressade för att möta de långsiktiga utmaningarna i samband med att förändra planetens klimat. De visar dock att mänsklighetens fascination för Venus inte har minskat med tiden. Från att vara en central i vår mytologi och den första stjärnan som vi såg på morgonen (och den sista vi såg på natten), har Venus sedan dess blivit ett ämne för fascination för astronomer och en möjlig möjlighet till off-world fastigheter .
Men tills tekniken förbättras kommer Venus att förbli jordens fientliga och ogästvänliga "systerplanet", med intensivt tryck, svavelsyraregn och en giftig atmosfär.
Vi har skrivit många intressanta artiklar om Venus här på Space Magazine. Här är till exempel The Planet Venus, intressanta fakta om Venus, vad är Venus medeltemperatur? Hur gör vi terraformer Venus? och koloniserar Venus med flytande städer.
Astronomy Cast har också ett avsnitt om ämnet - Avsnitt 50: Venus, och Larry Esposito och Venus Express.
För mer information, se till att NASA solsystemutforskning: Venus och NASA Fakta: Magellan Mission to Venus.
