10亿年前金星还存在液态水，现在变成地狱，木星或是罪魁祸首！

金星一直以来吸引了很多关注，尽管主要是在科学界，因为上一部关于金星的好莱坞电影是在20世纪60年代上映。这在一定程度上是因为金星与地球的巨大差异，以及这种差异可能对系外行星研究意味着什么。如果能更好地了解金星形成期间发生的事情，如何成为现在这样地狱般的状态，我们或许就能更好地理解是什么真正构成了其他恒星周围的宜居地带。

这几年，许多行星科学家都把重点放在金星的形成和大气演化上。现在，一篇新的研究论文提出，就在10亿年前，金星表面可能存在液态水，而导致水消失的一个因素可能是不太可能的罪魁祸首木星。有线索表明，木星实际上是从内太阳系迁移到目前的轨道上。像大钉子理论或尼斯模型这样的理论，显示了这种迁移的潜在路径。加州大学河滨分校行星科学家斯蒂芬·凯恩(Stephen Kane)博士和合著者感兴趣的是：这种迁移可能对金星产生了什么影响。

因此，他们模拟了早期太阳系形成期间数十万条木星的迁移路径。有很多模拟场景，其中金星或其他类地行星被抛出太阳系，这些运行被丢弃。不过，金星轨道受到严重影响的情况也不胜枚举。轨道的一种度量被称为偏心度，它本质上是轨道的椭圆度。一些木星迁移模型产生金星的偏心率比其实际轨道大44倍。这一点很重要，因为金星目前的轨道是极圆的，偏心率很低。如果木星在早期太阳系中迁移模型导致金星有很高的偏心率，那么这种偏心率去了哪里呢？

木星迁移造成的影响

这个问题最耐人寻味的答案是它受到了液态水的抑制，液态水可以在很长一段时间内抑制轨道偏心率，因为它在行星表面的运动通过一种称为潮汐消散的过程将其推入更规则的模式。潮汐消散的一个有趣的结果是，它可能会导致行星上的温室气体失控，然而，研究人员计算出，在年轻的金星上，情况最有可能并非如此。研究还排除了温室效应失控的另一个潜在来源：照射到金星上的阳光。

但是模型显示，虽然在金星高度椭圆形轨道的情况下，最大照射射太阳光会显著增加，但它本身可能不足以造成温室世界。然而，高度轨道偏心率对液态水有另一种影响，它们会让它消失。这是一个分两步走的过程：首先，高度偏心轨道会导致显著的季节性变化，当金星离恒星较远时，会将水冻结成雪或冰层，或者当行星离恒星更近时，会将水蒸发成云。虽然这颗行星距离恒星很近，但它也受到显著增加紫外光的影响。

这种紫外光具有分解水分子的附加作用，只留下元素氢和氧。然后，较轻的氢可以很容易地被太阳风从行星大气层中剥离，永远不会重新组合成水。蒸发到大气中的水蒸气，实际上是一种比现在金星大气中存在的二氧化碳更有效的温室气体。在它被从紫外线和太阳风的组合中剥离出来之前，它可能已经在地球上造成了一个被称为“潮湿温室”的时期。这也可能是金星大气中二氧化碳上升的原因，因为降水是碳酸盐-硅酸盐循环的关键组成部分。

地球的潜在影响

碳酸盐-硅酸盐循环使二氧化碳被困在地球构造板块中。对于这些提出的金星演化理论，还有一些额外的问题。例如，如果金星上有如此多的水，那么当氧气从水分子中剥离时，所有的氧气都去了哪里呢？凯恩博士也是一个科学团队成员，该团队希望在不久的将来将着陆器送到金星上，以测试自由基氧可能与之结合的表面是否存在氧化物，从而回答这个问题，除了水之外，金星轨道偏心率减弱还有其他潜在原因。

一个潜在的影响是地球本身。为了测试情况是否如此，研究人员希望更多地了解所谓的米兰科维奇周期，这是地球轨道参数周期性变化的模型。如果地球对金星有抑制作用，那么从金星轨道模式中移除的动能就会被地球吸收。地球轨道能量的这种戏剧性变化，将在动量转移发生的那个纪元周围以完全扭曲的米兰科维奇周期表现出来。虽然到目前为止还没有任何数据支持这一理论，但未来的古气候研究可能会阐明地球本身是否带走了金星的一些偏心。

但是，对于这种偏心的最初原因，目前最好的估计仍然是木星的迁移。如果木星这颗气体巨星的迁移碰巧将金星推入了它所遭受的温室失控状态，这对我们可能发现的任何围绕其他恒星运行的金星类似物都有重大影响。随着人类探测这些系外行星的仪器变得更加精确，我们很可能会发现更多像金星这样的行星。了解太阳系中这类行星的唯一模型到底发生了什么，对于理解恒星的宜居地带变得更加重要。

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博科园｜文：Nancy Atkinson/Universe Today

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