金星极端大气可能跟金星轨道偏心率变小有关

吉林大学：杨学祥，杨冬红

据外媒报道，金星的极端大气可能是跟气态巨行星木星在远古时期的碰撞有关，该碰撞可能从根本上改变了金星的轨道并导致其大量的水储备流失。近日，一篇新的研究论文描述了木星在遥远过在太阳系中移动时的引力影响是如何让金星走上成为我们今天看到的不适宜居住的星球道路的。

轨道的偏心度或圆度是以0到1的刻度来测量的。轨道偏心率为0就意味着这颗行星的轨道完全是圆的。相反，如果一个世界的轨道偏心值为1，它就会简单地把自己弹射到太空中去。据悉，金星的偏心率为0.0006（？0.0068），是太阳系中最圆的，而地球的偏心率为0.0167。

模型显示，大约10亿年前，木星的轨道离太阳更近，而此时金星的偏心轨道为0.3，根据研究人员的说法，这将使它成为一颗更适合居住的行星。

然而，当这颗气态巨星向外移动时，它强大的引力干扰了金星迫使其进入一个更圆的轨道。在这个轨道强迫碰撞期间，潮汐加热和其他过程可能导致行星周期性的加热和冷却发生。

研究小组认为，偏心率的变化可能加速了金星的大气演化并导致其失去了大量的水分。这反过来会导致失控的温室效应从而使这颗星球的表面不再适合居住。

虽然金星跟地球的进化史截然不同，但它仍可能成为生命的寄主。

https://www.cnbeta.com/articles/science/1035783.htm

我们的研究表明，金星的偏心轨道从0.3变为0.0068，是金星从雪球变为火球的主要原因。

行星表面的大气和海洋是固体星球的保温层，其流动性对调解星球白天与夜间、赤道与两极的温度变化起重要作用。特别是二氧化碳气体的温室效应，可阻挡地表热能向太空散失。例如，金星有浓密的以二氧化碳为主的大气，其表面温度为480摄氏度，是行星中最高的温度；水星的大气极其稀薄，其表面温度冷热不均，白天高达450摄氏度，夜间降低到-160摄氏度；火星大气也很稀薄，白天温度为30摄氏度，夜间为-130摄氏度。

为什么水星和火星的大气非常稀薄？因为在近日行星中，水星与火星的轨道偏心率最大，分别为0.206和0.093；而地球的偏心率较小，为0.017，金星的偏心率更小，为0.007。显然，近日行星的大气密度与其轨道偏心率成反比。经研究发现，彗星也有大气圈，即彗发和彗尾。当轨道偏心率极大的彗星向太阳靠近时，太阳风和太阳辐射将彗发物质吹走，形成背光的彗尾；当彗星向离开太阳的方向运动时，彗发和彗尾收缩。彗星每靠近太阳一次，就失掉相当大数量的质量，相当于彗星质量的0.1%到1%。显而易见，短周期彗星的生命时期是短暂的。类比与彗星的大气散失，就可以解释为什么近日行星中轨道偏心率大的行星大气散失的比较多，大气非常稀薄。

行星的轨道偏心率不是固定不变的。例如，地球的轨道偏心率有10万年的变化周期，最大值为0.0607，最小值为0.0005。因此，在轨道偏心率最大时，地球大气散失较多，空气稀薄使保温性变差，因而使降温幅度变得更大，这就使近10万年变化周期表现得尤为明显。这意味着地球大气的密度随地球轨道偏心率变大而变小，由此产生的氧气和臭氧的减少或消失可引发大规模的生物灭绝。

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金星地表温度高达460°C，是因为金星大气存在浓密的二氧化碳，其温室效应导致金星的高温。我们的研究表明，行星大气密度与其轨道偏心率相关。

谁控制了行星的温室效应？是太阳风和行星轨道偏心率。当代科学研究一致相信温室效应控制了行星的冷暖，但是，太阳风和行星轨道偏心率对行星温室气体（包括水蒸气、二氧化碳和甲烷）具有定时清除作用。这是2、4、10万年天文周期形成冰期的原因。

我们在2006年发现，水星、火星、地球、金星的轨道偏心率分别为0.206、0.093、0.017、0.007，大气浓度分别为极其稀薄、稀薄、标准、浓密。两者成反比的原因是，较大的轨道偏心率使行星在接近太阳时像彗星一样丢失一部分大气。

地球轨道偏心率在冰期时增大为0.0607，使大气浓度和二氧化碳浓度变低，降低了对地球表面的保温作用，导致10万年周期致冷作用的增强。由于地球轨道偏心率10万年周期项振幅不到近日点进动2万年周期项振幅的一半，其引起10万年冰期周期的作用受到质疑。大气浓度变化、地壳均衡运动和强潮汐变化三种作用能增强10万年周期作用，给出10万年冰期周期的合理解释。

在第四纪大冰期，地球轨道偏心率在0.0005和0.0607之间变动，导致冰期10万年周期的发生。下一次地球轨道偏心率的极大值将继续清除温室气体，准确迎来下一次冰期。

地球轨道偏心率的极大值不仅具有10万年和40万年周期，而且具有2.5亿年周期。地球仍处于第四纪大冰期，与中生代的温暖期相距甚远，全球变暖不会形成类似中生代的灾难。

对于轨道偏心率最小且有微弱磁场的金星而言，较轻的氢和氧被太阳风吹走，较重的二氧化碳被留在表层，这是金星有浓密大气、高浓度温室气体和高温的原因。

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目前地球公转轨道偏心率为0.017，金星公转轨道偏心率为0.007，在最近一次冰期（18000年前）地球公转轨道偏心率为0.02，要达到0.007至少需要几万年，在2-4万年的周期内霍金预言难成真，在10万年周期内才有可能，与下次冰期发生的几率相当。

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结论

根据米兰科维奇循环的天文冰期理论：火星目前处于轨道偏心率较大的大冰期时期，地球处于轨道偏心率较小的间冰期时期，金星处于轨道偏心最小的极热期时期。

轨道偏心率较大的行星向太阳靠近时产生的大气丢失，是冰期产生的根本原因。大气稀薄也是与冰期伴随的生物灭绝的原因。而地球的是10万年和41.3万年等，于0.005至0.058间变化（见米兰科维奇循环）。因此，火星的冰期周期分别是9.6万年和210万年，即9.6万年和210万年前，可能存在与地球目前气候相同或相近的间冰期，甚至是温暖期。这需要火星探测资料的证实。

在八大行星中金星的轨道最接近圆形，偏心率最小，仅为0.006811。火星和地球10万年后也有可能变为金星目前状态，目前没有成为金星目前状态的可能。

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参考文献

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http://www.gmw.cn/03pindao/lunwen/show.asp?id=169

http://www.envir.gov.cn/forum/20054933.htm

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