Sao Kim

Đặc trưng

Sao Kim là một trong bốn hành tinh đất đá trong hệ Mặt Trời. Theo khối lượng và kích thước, nó gần giống với Trái Đất và có lúc gọi là "hành tinh chị em" hoặc "hành tinh sinh đôi" với Trái Đất. Đường kính của Sao Kim bằng 12.092 km (chỉ nhỏ hơn 650 km của Trái Đất) và khối lượng của nó bằng 81,5% khối lượng Trái Đất. Địa mạo trên bề mặt hành tinh khác xa so với địa hình trên Trái Đất, do hành tinh có một bầu khí quyển cacbon điôxít rất dày. Tổng khối lượng của cacbon điôxít chiếm tới 96,5% khối lượng khí quyển, và đa số khối lượng còn lại là 3,5% của nitơ.

Địa lý

Nghiên cứu bề mặt Sao Kim vẫn còn có nhiều vấn đề mang tính phỏng đoán cho đến khi một số bí mật của nó được khám phá trong ngành khoa học hành tinh ở thế kỷ XX. Bề mặt hành tinh đã được vẽ chi tiết từ tàu Magellan năm 1990–91. Trên bản đồ hành tinh hiện lên những chi tiết cho thấy khả năng có hoạt động của núi lửa, và sự có mặt của lưu huỳnh trong khí quyển còn cho thấy khả năng có một số vụ phun trào gần đây.
Khoảng 80% diện tích bề mặt Sao Kim bao phủ bởi những đồng bằng núi lửa phẳng, hay 70% đồng bằng có những rặng núi và 10% đồng bằng có thùy. Hai "lục địa" cao nguyên chiếm phần còn lại của diện tích bề mặt, một lục địa nằm ở bán cầu bắc và lục kia nằm ở ngay phía nam xích đạo hành tinh. Các nhà khoa học đặt tên lục địa phía bắc là Ishtar Terra, theo tên thần Ishtar, thần tình yêu của người Babylon, lục địa có diện tích xấp xỉ Australia. Ngọn Maxwell Montes, núi cao nhất trên Sao Kim, nằm ở lục địa Ishtar Terra. Chiều cao của nó xấp xỉ 11 km tính từ độ cao trung bình của bề mặt hành tinh. Lục địa bán cầu nam có tên Aphrodite Terra, theo tên của thần tình yêu trong thần thoại Hy Lạp, và là lục địa cao nguyên lớn nhất với diện tích xấp xỉ lục địa Nam Mỹ. Có rất nhiều dấu vết đứt gãy địa chất ở lục địa này.
Sự thiếu đi chứng cứ về những dòng chảy dung nham cũng như những miệng núi lửa (caldera) vẫn còn là một bí ẩn đối với các nhà khoa học. Hành tinh này có một vài hố va chạm, và do đó bề mặt hành tinh còn tương đối trẻ, xấp xỉ khoảng 300–600 triệu năm tuổi. Ngoài các hố va chạm, núi và thung lũng thường gặp trên các hành tinh đất đá, Sao Kim cũng có những nét đặc trưng riêng. Một trong số đó là những địa hình dạng núi lửa phẳng gọi là "farra", nhìn giống như bánh đa với đường kính 20–50 km, và cao 100–1.000 m; hệ thống những vết nứt hướng về tâm hình cánh sao gọi là "novae"; những vết nứt gãy đặc trưng hướng về tâm và bao bởi những vết nứt đồng tâm giống như mạng nhện hay gọi là "arachnoids"; và "coronae", những đường nứt gãy vòng tròn đôi khi bao quanh chỗ lõm. Những đặc trưng riêng này có nguồn gốc liên quan đến núi lửa.
Đa số các đặc điểm trên bề mặt Sao Kim được đặt tên theo phụ nữ trong lịch sử và thần thoại. Ngoại trừ ngọn Maxwell Montes, theo tên của James Clerk Maxwell, và những vùng cao nguyên Alpha Regio, Beta Regio và Ovda Regio. Ba tên gọi sau được đặt trước khi hệ thống tên gọi hiện tại do Hiệp hội Thiên văn Quốc tế áp dụng, cơ quan ban hành quy định và chứng nhận tên gọi cho các thiên thể và vật thể trong thiên văn học.
Kinh độ địa lý của các đặc điểm trên bề mặt Sao Kim được lấy theo kinh tuyến gốc của nó. Ban đầu các nhà khoa học lấy kinh tuyến gốc đi qua một điểm sáng trên ảnh radar tại tâm của đặc điểm Eve hình oval, nằm ở phía nam của Alpha Regio. Sau khi phi vụ Venera hoàn thành, kinh tuyến gốc được định nghĩa lại khi nó đi qua đỉnh trung tâm của hố va chạm Ariadne.

Cấu trúc bên trong

Không có những dữ liệu địa chấn hoặc về mô men quán tính hành tinh, các nhà khoa học có ít thông tin trực tiếp liên quan đến cấu trúc bên trong và địa hóa học của Sao Kim. Sự gần giống về đường kính và khối lượng riêng giữa Sao Kim và Trái Đất gợi ra khả năng chúng có cấu trúc bên trong cũng tương tự nhau: gồm lõi hành tinh, lớp phủ, và lớp vỏ. Giống như Trái Đất, lõi Sao Kim ít nhất ở trạng thái lỏng một phần bởi vì hai hành tinh có quá trình lạnh/tiêu tán nhiệt bên trong với cùng một tốc độ. Đường kính nhỏ hơn của Sao Kim cho thấy những phần sâu bên trong hành tinh chịu áp suất nhỏ hơn so với của Trái Đất. Sự khác nhau chính yếu giữa hai hành tinh đó là các nhà khoa học chưa có chứng cứ về hoạt động kiến tạo mảng trên Sao Kim, có thể bởi vì lớp vỏ quá cứng để có thể xảy ra hút chìm mảng lục địa, mà không có nước lỏng để chúng có thể trượt lên nhau. Kết quả này dẫn đến giảm sự mất mát nội nhiệt hành tinh, kéo dài thời gian hành tinh bị lạnh đi và có thể là một phần giải thích cho hành tinh không có một từ trường toàn cầu.
Thay vì vậy, nội nhiệt của Sao Kim bị mất trong quá trình tái tạo bề mặt tuần hoàn theo chu kỳ hàng trăm triệu năm.

Từ trường và lõi hành tinh

Năm 1967, tàu Venera-4 phát hiện ra từ trường Sao Kim yếu hơn nhiều so với của Trái Đất. Từ trường này cảm ứng bởi tương tác giữa tầng điện ly và gió Mặt Trời, hơn là bởi chu trình dynamo trong lõi hành tinh giống như từ trường của Trái Đất. Từ quyển cảm ứng nhỏ của Sao Kim không thể bảo vệ bầu khí quyển của nó tránh khỏi sự bắn phá của các tia vũ trụ. Bức xạ này cũng là một trong các nguyên nhân gây ra sự phóng điện tia sét giữa các đám mây.
Các nhà khoa học đã ngạc nhiên khi Sao Kim không có từ trường mạnh (từ trường Sao Kim gần như bằng 0) khi nó có cùng kích cỡ với Trái Đất, và họ cũng đã nghĩ nó cũng có một lõi nóng chảy-yếu tố quan trọng trong lý thuyết dynamo. Lý thuyết dynamo có ba yếu tố chính: Đó là phải có một chất lỏng dẫn điện, quay, và chuyển động đối lưu. Lõi hành tinh có khả năng dẫn điện và trong khi hành tinh tự quay rất chậm, các mô phỏng trên máy tính cho thấy nó vẫn đủ để tạo ra sự quay cần thiết trong thuyết dynamo. Từ đây chúng ta có thể thấy dynamo không hoạt động bởi vì không có sự đối lưu trong lõi hành tinh. Trên Trái Đất, sự đối lưu xuất hiện trong lớp vật liệu dạng lỏng phủ bên ngoài lõi có tính đối lưu bởi vì đáy của lớp phủ nóng hơn phía bên trên gần bề mặt. Trên Sao Kim, sự kiện tái tạo bề mặt toàn cầu có thể làm tắt sự kiến tạo mảng và dẫn đến giảm thông lượng nhiệt truyền qua lớp vỏ. Điều này làm nhiệt độ lớp phủ tăng, do đó làm giảm thông lượng nhiệt qua lõi hành tinh. Kết quả là, không có quá trình dynamo địa hành tinh để sinh ra từ trường. Thay vào đó, năng lượng nhiệt từ lõi làm nóng lại lớp vỏ.
Các nhà khoa học nêu ra có một khả năng Sao Kim không có lõi cứng bên trong, hoặc hiện tại lõi của nó không còn quá trình tiêu tán nhiệt, do vậy toàn bộ phần vật chất lỏng quay lõi có nhiệt độ xấp xỉ bằng nhau. Một khả năng khác đó là lõi của nó đã hoàn toàn hóa rắn. Trạng thái của lõi phụ thuộc cao vào độ tập trung của lưu huỳnh, mà cho tới nay các nhà khoa học chưa biết được giá trị này.
Từ quyển rất yếu bao quanh Sao Kim có nghĩa là gió Mặt Trời tương tác trực tiếp với tầng thượng quyển của hành tinh. Tại đây, các ion hiđrô và ôxy liên tục được sinh ra từ sự phân ly các phân tử trung hòa do tác động của tia tử ngoại. Tiếp đó gió Mặt Trời cung cấp năng lượng đủ lớn giúp cho những ion này có vận tốc đủ để thoát ra khỏi trường hấp dẫn của hành tinh. Sự mất mát này dẫn đến kết quả lượng ion các nguyên tố nhẹ như hiđrô, heli, và ôxy liên tục giảm đi, trong khi các phân tử khối lượng lớn hơn như cacbon điôxít vẫn nằm lại trong khí quyển hành tinh. Sự xói mòn khí quyển hành tinh bởi gió Mặt Trời dẫn đến khí quyển mất đa số lượng nước trong suốt lịch sử hàng tỷ năm của hành tinh này. Quá trình này cũng làm tăng tỷ lệ deuteri so với hiđrô trong tầng thượng quyển cao gấp 150 lần của tỷ số này ở tầng dưới của khí quyển.

Quỹ đạo và sự tự quay

Quỹ đạo Sao Kim quanh Mặt Trời có khoảng cách trung bình bằng 0,72 AU (108.000.000 km; 67.000.000 mi), và hoàn thành một chu kỳ quỹ đạo khoảng 224,65 ngày. Mặc dù mọi hành tinh có quỹ đạo hình elip, quỹ đạo Sao Kim có dạng gần tròn nhất, với độ lệch tâm quỹ đạo nhỏ hơn 0,01. Do Sao Kim nằm giữa Trái Đất và Mặt Trời, có một vị trí của hành tinh đó là giao hội trong, khi đó khoảng cách giữa nó với Trái Đất là khoảng cách ngắn nhất từ Trái Đất đến các hành tinh khác với giá trị 41 triệu km. Trung bình, hai hành tinh đạt đến vị trí giao hội trong khoảng thời gian cách nhau 584 ngày. Do hiện nay độ lệch tâm quỹ đạo của Trái Đất đang giảm dần, khoảng cách cực tiểu này sẽ tăng nhiều hơn trong hàng chục nghìn năm tới. Từ năm 1 tới 5383, đã và sẽ có tổng cộng 526 lần tiếp cận với khoảng cách nhỏ hơn 40 triệu km; sau đó không có một lần nào với khoảng cách nhỏ hơn 40 triệu km trong vòng 60.158 năm. Trong thời gian có độ lệch tâm quỹ đạo lớn hơn, Sao Kim có thể đến gần Trái Đất với khoảng cách bằng 38,2 triệu km.
Mọi hành tinh trong Hệ Mặt Trời quay trên quỹ đạo theo chiều ngược chiều kim đồng hồ khi nhìn từ trên cực bắc của Mặt Trời. Hầu hết các hành tinh có chiều tự quay quanh trục của nó theo chiều ngược chiều kim đồng hồ, nhưng Sao Kim lại quay quanh trục cùng chiều kim đồng hồ (gọi là sự quay nghịch hành) với khoảng thời gian 243 ngày Trái Đất—tốc độ tự quay chậm nhất của mọi hành tinh trong Hệ Mặt Trời. Do vậy một "ngày" (ngày sao-sidereal day) trên Sao Kim dài hơn một "năm" của Sao Kim (243 ngày so với 224,7 ngày Trái Đất). Tại đường xích đạo Sao Kim, tốc độ tự quay của nó bằng 6,5 km/h, trong khi tốc độ quay tại xích đạo của Trái Đất bằng 1.670 km/h. Các nhà khoa học cũng nhận thấy tốc độ tự quay của Sao Kim đã chậm đi 6,5 phút trên một "ngày" Sao Kim kể từ khi tàu Magellan tới hành tinh tháng 10 năm 1990. Bởi vì sự quay nghịch hành, độ dài một ngày Mặt Trời (solar day) trên Sao Kim ngắn hơn nhiều ngày sao (sidereal day), bằng 116,75 ngày Trái Đất (ngày mặt trời của Sao Kim ngắn hơn ngày mặt trời của Sao Thủy bằng 176 ngày Trái Đất); một năm Sao Kim bằng 1,92 ngày mặt trời Sao Kim. Nếu một người có thể đứng trên Sao Kim và bầu khí quyển khá loãng, anh/chị ta sẽ thấy Mặt Trời mọc ở đằng tây và lặn ở đằng đông.
Sao Kim có thể đã hình thành từ một đám mây phân tử với chu kỳ quay và độ nghiêng trục quay khác, và nó đạt đến trạng thái hiện tại bởi vì sự thay đổi tốc độ sự tự quay một cách hỗn loạn do nhiễu loạn giữa các hành tinh và hiệu ứng thủy triều tác dụng lên khí quyển dày đặc của nó, sự thay đổi trở thành đáng kể sau thời gian hàng tỷ năm lịch sử. Chu kỳ tự quay của Sao Kim thể hiện trạng thái cân bằng giữa hiện tượng khóa thủy triều do ảnh hưởng hấp dẫn của Mặt Trời, có xu hướng làm chậm sự tự quay của hành tinh, và bởi hiện tượng thủy triều trong khí quyển hành tinh do tác động nhiệt của bức xạ năng lượng Mặt Trời làm nóng bầu khí quyền dày của hành tinh trong quá khứ. Một điểm kỳ lạ giữa chu kỳ quỹ đạo và chu kỳ tự quay của Sao Kim đó là khoảng thời gian trung bình 584 ngày giữa hai lần tiếp cận gần nhau với Trái Đất bằng gần như chính xác 5 ngày mặt trời Sao Kim. Tuy nhiên, giả thuyết cộng hưởng quỹ đạo và sự tự quay của Sao Kim với Trái Đất đã bị bác bỏ.
Sao Kim không có vệ tinh tự nhiên, mặc dù tiểu hành tinh 2002 VE₆₈ hiện tại đang có mối liên hệ giả quỹ đạo với hành tinh này. Bên cạnh giả vệ tinh này, nó cũng có hai vật thể cùng quay trên quỹ đạo, 2001 CK₃₂ và 2012 XE₁₃₃. Trong thế kỷ XVII, nhà thiên văn Giovanni Cassini công bố ông đã phát hiện ra một vệ tinh quay quanh Sao Kim, mà ông đặt tên là Neith và đã có nhiều cố gắng quan sát và công bố trong suốt 200 năm sau đó, nhưng đa số những phát hiện kiểu này là do nhầm lẫn vệ tinh giả thuyết với một ngôi sao ở xa khi Sao Kim đến gần nó. Trong một mô hình nghiên cứu của Alex Alemi David Stevenson năm 2006 về Hệ Mặt Trời sơ khai tại Học viện công nghệ California cho thấy Sao Kim có thể đã từng có ít nhất một Mặt Trăng hình thành từ sự va chạm giữa nó và một thiên thể khác hàng tỷ năm trước. Khoảng thời gian 10 triệu năm sau cú va chạm, theo nghiên cứu của họ, một vụ va chạm khác xảy ra làm đảo ngược hướng tự quay của hành tinh và làm cho vệ tinh tự nhiên của Sao Kim dần dần theo thời gian tiến về phía hành tinh và cuối cùng va chạm vào Sao Kim. Nếu cú va chạm sau sinh ra một Mặt Trăng khác, nó cũng sẽ bị rơi và hấp thụ theo như cách của vệ tinh trước. Một phương án giải thích khác, do ảnh hưởng hấp dẫn thủy triều rất mạnh của Mặt Trời dẫn đến sự mất ổn định trong quỹ đạo của vệ tinh quay quanh Sao Kim hoặc Sao Thủy, nên theo thời gian hai hành tinh này hoặc hút và va chạm với vệ tinh hoặc vệ tinh bay thoát khỏi lực hút hấp dẫn của chúng.

Quan sát

Sao Kim luôn luôn sáng hơn bất kỳ một ngôi sao nào ngoài Mặt Trời. Độ sáng lớn nhất của nó, cấp sao biểu kiến có giá trị −4,9, xuất hiện ở pha hình lưỡi liềm khi nó ở gần Trái Đất. Sao Kim mờ dần về cấp sao −3 khi nó ngược sáng so với Mặt Trời. Hành tinh này đủ sáng để có thể nhìn thấy vào buổi trưa khi trời quang đãng vào thời điểm thích hợp, và nó có thể dễ dàng nhìn thấy khi Mặt Trời ở dưới đường chân trời. Là một hành tinh ở phía trong, góc ly giác của nó luôn luôn nằm dưới góc 47° khi nhìn về phía Mặt Trời.
Sao Kim "vượt qua" Trái Đất cứ mỗi 584 ngày Trái Đất trên quỹ đạo quanh Mặt Trời. Trong mỗi chu kỳ này, nó thay đổi từ "Sao Hôm", hiện lên sao khi Mặt Trời lặn, thành "Sao Mai", nhìn thấy được trước khi Mặt Trời mọc. Trong khi Sao Thủy, một hành tinh phía trong khác, có góc ly giác cực đại bằng 28° và thường khó quan sát duói ánh sáng lúc chạng vạng, Sao Kim rất dễ nhận ra khi nó ở thời điểm sáng nhất. Góc ly giác của nó lớn hơn có nghĩa là nó ở trên bầu trời tối lâu hơn sau khi Mặt Trời lặn. Là một điểm sáng nhất trên bầu trời đêm, đôi khi người ta nhầm lẫn Sao Kim với những "vật thể bay không xác định". Tổng thống Hoa Kỳ Jimmy Carter đã từng nói ông đã trông thấy một UFO năm 1969, mà sau khi phân tích thì khả năng đó là hình ảnh của Kim Tinh. Và vô số những báo cáo kỳ lạ khác liên quan đến Sao Kim.
Khi Sao Kim chuyển động trên quỹ đạo, hình ảnh của nó hiện lên qua kính thiên văn với những pha khác nhau giống như pha Mặt Trăng: Trong pha Sao Kim, hành tinh có hình ảnh tròn "đầy" nhỏ khi Mặt Trời ở giữa tương đối Sao Kim và Trái Đất. Nó có pha phần tư lớn dần khi tiến đến vị trí có góc ly giác lớn nhất tính từ Mặt Trời, và chính là vị trí nó có độ sáng lớn nhất, và hiện lên với hình lưỡi liềm mỏng dần khi quan sát qua thấu kính khi nó tiến về phía gần Trái Đất. Hình ảnh của Sao Kim lớn nhất khi nó ở "pha mới", lúc hành tinh ở giữa Trái Đất và Mặt Trời. Khí quyển của nó có thể nhìn qua kính thiên văn và chúng ta sẽ nhận thấy một vành sáng phản xạ của ánh sáng Mặt Trời trên khí quyển hành tinh.

Ánh sáng xám

Có một bí ẩn từ lâu trong khi quan sát Sao Kim đó là hiện tượng ánh sáng xám - một hình ảnh được chiếu sáng yếu của mặt tối hành tinh, khi hành tinh ở pha lưỡi liềm. Lần đầu tiên hiện tượng này được phát hiện đó là vào năm 1643, nhưng sự tồn tại của ánh sáng xanh vẫn chưa được xác nhận một cách tin cậy. Những người quan sát nghĩ rằng hiện tượng này là do những hoạt động có sự tham gia của luồng điện tích trong khí quyển Sao Kim, hoặc nó cũng có thể là một ảo ảnh, một hiệu ứng liên quan đến thị giác khi người quan sát nhìn vào hình ảnh lưỡi liềm của nó.

Nghiên cứu ban đầu

Người cổ đại đã biết đến Sao Kim với những tên gọi "sao hôm" và "sao mai", phản ánh những hiểu biết ban đầu của họ về sự xuất hiện của hai thiên thể khác nhau. Bản quan sát Sao Kim của Ammisaduqa]], từ năm 1581 trước Công nguyên, cho thấy người Babylon đã hiểu được hai vật thể tách biệt này thực ra là một, và họ coi nó là "nữ hoàng ánh sáng của bầu trời" khi ghi trên bảng, và cho phép hỗ trợ cũng như tiên đoán trong các quan sát sau. Người Hy Lạp cũng từng nghĩ đây là hai thiên thể riêng biệt, sao Phosphorus và sao Hesperus, cho đến khi Pythagoras mới phát hiện ra điều này ở thế kỷ thứ VI trước Công nguyên. Người La Mã coi sao hôm là Lucifer, hay "Người mang lại ánh sáng", và sao hôm là Vesper.
Hiện tượng Sao Kim đi qua Mặt Trời lần đầu tiên được quan sát và ghi chép lại bởi nhà thiên văn Jeremiah Horrocks ngày 4 tháng 12 năm 1639 (24 tháng 11 theo lịch Julius thời đó), cùng với người bạn của ông là William Crabtree, mỗi người quan sát tại nhà riêng của họ.
Khi nhà bác học Galileo Galilei lần đầu tiên hướng ống kính quan sát Sao Kim vào năm 1610, ông đã nhận ra hành tinh này cũng có các pha giống như pha Mặt Trăng, hình ảnh của nó biến đổi từ gần tròn cho đến hình lưỡi liềm và ngược lại. Khi Sao Kim ở cách xa Mặt Trời nhất, nó hiện lên là hình nửa hình tròn, và khi nó tiến gần đến Mặt Trời trên nền bầu trời, nó có hình lưỡi liềm và tròn. Điều này chỉ có thể xảy ra khi Sao Kim quay quanh Mặt Trời trên quỹ đạo, và là một trong những quan sát đầu tiên mâu thuẫn với mô hình địa tâm của Ptolemy.
Nhà khoa học Mikhail Lomonosov là người đầu tiên phát hiện Sao Kim có khí quyển vào năm 1761. Cho tới năm 1790, khí quyển của hành tinh mới được quan sát rõ ràng bởi nhà thiên văn Johann Schröter. Schröter phát hiện thấy khi hành tinh ở pha lưỡi liềm, hai đỉnh nhọn của cung lưỡi liềm kéo dài hơn 180°. Ông đoán chính xác điều này là do ánh sáng Mặt Trời tán xạ từ khí quyển dày đặc. Sau đó, nhà thiên văn Chester Smith Lyman quan sát thấy một vòng sáng đầy đủ trong pha tối Sao Kim khi nó ở vị trí giao hội trong, cung cấp thêm bằng chứng nữa cho khẳng định trên Sao Kim có khí quyển. Do khí quyển dày đặc nên nhiều nhà thiên văn đã nỗ lực để xác định chu kỳ tự quay của hành tinh, như Giovanni Cassini và Schröter đã tính sai chu kỳ tự quay của nó bằng khoảng 24 giờ khi hai ông dựa trên những đặc điểm sáng từ hình ảnh quan sát hành tinh.

Nghiên cứu thời hiện đại dưới mặt đất

Ít có thêm khám phá về Sao Kim cho đến tận thế kỷ XX. Do khí quyển quá dày nên nó chỉ hiện ra là một cái đĩa tròn hoặc hình lưỡi liềm, và người ta vẫn không biết hình ảnh bề mặt của nó như thế nào. Chỉ đến khi các thiết bị như phổ kế, radar và quan sát qua tia tử ngoại thì các nhà thiên văn mới phát hiện thêm nhiều đặc điểm của hành tinh. Quan sát bằng UV đầu tiên được thực hiện trong thập niên 1920, khi Frank Ross phát hiện thấy sử dụng tia UV các hình ảnh cho nhiều chi tiết hơn khi quan sát bằng ánh sáng khả kiến và hồng ngoại. Ông nêu ra là điều này do khí quyển của hành tinh rất dày đặc, tầng thấp khí quyển màu vàng với những đám mây ti ở trên cao.
Quan sát qua phổ kế từ thập niên 1900 đưa ra manh mối đầu tiên về sự tự quay của hành tinh. Vesto Slipher cố gắng đo dịch chuyển Doppler từ ánh sáng phản xạ từ Sao Kim, nhưng ông đã không thể tìm ra hành tinh tự quay. Do vậy ông đoán rằng hành tinh phải có tốc độ tự quay rất chậm so với trước đây người ta từng nghĩ. Những nghiên cứu về sau trong những năm 1950 chỉ ra Sao Kim tự quay nghịch hành. Những quan sát bằng ra đa thực hiện đầu tiên trong những năm 1960 cho những kết quả đầu tiên về tốc độ tự quay của hành tinh và đã rất gần với giá trị chính xác ngày nay.
Kết quả từ quan trắc ra đa những năm 1970 lần đầu tiên còn cho những hình ảnh chi tiết về bề mặt Sao Kim. Những xung của sóng vô tuyến được phát lên hành tinh và đo tín hiệu phản hồi lại thu tại kính thiên văn vô tuyến đường kính 300 m ở đài quan sát Arecibo, và các nhà khoa học nhận thấy tiếng vọng ra đa thể hiện khá mạnh ở hai vùng, mà họ đặt là các vùng Alpha và Beta. Sau các phân tích thì những vùng sáng trên ảnh ra đa là các rặng núi, mà họ đặt tên là ngọn Maxwell Montes. Ba đặc điểm duy nhất này trên Sao Kim được đặt tên không thuộc về phái nữ.

Những nỗ lực ban đầu

Phi vụ tàu không gian robot đầu tiên gửi đến Sao Kim và cũng là hành tinh đầu tiên một tàu của con người đến thăm dò, bắt đầu vào ngày 12 tháng 2 năm 1961, với tàu Venera 1 được phóng lên. Con tàu phóng lên thành công trong chương trình Venera theo quỹ đạo trực tiếp nhưng đã mất liên lạc với mặt đất khoảng bảy ngày sau khi phóng, khi con tàu ở cách Trái Đất 2 triệu km. Các nhà khoa học Nga dự tính nó đi qua Sao Kim ở khoảng cách 100.000 km vào trung tuần tháng 5 năm 1961.
Chương trình thám hiểm Sao Kim của Hoa Kỳ cũng khởi đầu bằng thất bại của tàu Mariner một trong lúc phóng. Tàu Mariner 2 thành công hơn khi nó tồn tại được 109 ngày sau khi phóng lên quỹ đạo và ngày 14 tháng 12 năm 1962 nó trở thành phi vụ thám hiểm hành tinh đầu tiên thành công, khi tiếp cận đến Sao Kim ở khoảng cách 34.833 km. Các thiết bị đo bức xạ vi ba và hồng ngoại cho thấy trong khí các đám mây trên cao của khí quyển Sao Kim rất lạnh thì nhiệt độ bề mặt dưới hành tinh rất nóng ít nhất 425 °C, xác nhận những kết quả quan sát trước đó trên Trái Đất và cuối cùng kết thúc mọi hi vọng của nhiều người về tồn tại một sự sống trên hành tinh này. Tàu Mariner 2 cũng gửi về các số liệu khối lượng hành tinh và đơn vị hành tinh, nhưng nó đã không phát hiện thấy bất kỳ sự tồn tại nào của từ trường hành tinh hay vành đai bức xạ.

Rơi vào khí quyển

Tàu Venera 3 của Liên Xô đổ bộ xuống Sao Kim ngày 1 tháng 3 năm 1966. Nó là thiết bị nhân tạo đầu tiên đi vào khí quyển và va chạm xuống bề mặt hành tinh khác, mặc dù hệ thống liên lạc của nó đã bị hỏng và người ta không nhận được một dữ liệu gì của nó gửi về. Ngày 18 tháng 10 năm 1967, Venera 4 đã đi vào khí quyển thành công và thực hiện một số thí nghiệm khoa học. Venera 4 cho thấy tại vị trí nó đi vào khí quyển nhiệt độ đo được cao hơn giá trị mà tàu Mariner 2 trước đo gửi về và Venera 4 đo được 500 °C, bầu khí quyển hành tinh chứa 90 đến 95% cacbon điôxít. Khí quyển Sao Kim dày hơn đáng kể so với giá trị mà những kĩ sư thiết kế Venera 4 sử dụng để tính toán, và nó rơi xuống chậm hơn với dù bung hay lượng điện trong pin tích trữ hết sớm hơn trước khi nó có thể rơi chạm mặt đất. Sau khi gửi dữ liệu trong 93 phút hành trình, giá trị áp suất cuối cùng mà Venera 4 đo được bằng 18 bar tại độ cao 24,96 km so với bề mặt.
Đúng 1 ngày sau, 19 tháng 10 năm 1967, Mariner 5 bay qua hành tinh ở khoảng cách 4000 km bên trên các đám mây. Tàu Mariner 5 ban được chế tạo để phóng lên Sao Hỏa-cùng Mariner 4, nhưng khi phi vụ này thành công, những người đứng đầu NASA quyết định sử dụng nó nhằm thám hiểm Sao Kim. Với những thiết bị nhạy hơn tàu Mariner 2, dặc biệt là thiết bị khảo sát sự che khuất tín hiệu vô tuyến, đã gửi dữ liệu về thành phần, áp suất và mật độ khí quyển Sao Kim. Dữ liệu từ sự hợp tác giữa Venera 4 – Mariner 5 đã được phân tích bởi một đội các nhà khoa học Liên Xô và Hoa Kỳ trong những năm sau đó, và thể hiện sự hợp tác nghiên cứu khoa học đa quốc gia trong những năm đầu của kỷ nguyên vũ trụ.
Rút kinh nghiệm từ tàu Venera 4, Liên Xô đã phóng hai tàu giống nhau Venera 5 và Venera 6 cách nhau năm ngày trong tháng 1 năm 1969; chúng đi vào khí quyển sao Kim các ngày 16 và 17 tháng 5 trong cùng năm. Lớp bảo vệ tàu và thiết bị khoa học đã được gia cường để tăng khả năng chịu áp suất lên tới 25 bar và hai tàu được trang bị dù nhỏ hơn cho phép chúng rơi nhanh hơn. Do ngày nay chúng ta ước tính khí quyển Sao Kim có áp suất bề mặt từ 75 đến 100 bar, cho nên hai tàu đã không còn hoạt động khi tiếp đất. Sau khi gửi về 50 phút dữ liệu khí quyển, cả hai đã bị bẹp nát ở độ cao xấp xỉ 20 km trước khi kịp chạm đất ở phía mặt tối của Sao Kim.

Nghiên cứu bề mặt và khí quyển

Các kĩ sư Liên Xô tiếp tục tham vọng đổ bộ thành công lên bề mặt với Venera 7 và thu được dữ liệu từ bề mặt. Con tàu được lắp ráp với mô đun kiên cố có khả năng chịu được áp suất tới 180 bar. Mô đun này được làm lạnh trước khi con tàu Venera 7 đi vào khí quyển và nó được trang bị dù cánh buồm cho phép thời gian rơi dự kiến của tàu là 35 phút. Trong khi đi vào khí quyển ngày 15 tháng 12 năm 1970, các kĩ sư tin rằng dù này đã bị rách một phần, và con tàu đã va chạm mạnh xuống bề mặt, tuy không bị phá hủy hoàn toàn. Nó vẫn gửi được tín hiệu yếu về Trái Đất và tồn tại trong khoảng 23 phút, và đây là lần đầu tiên tín hiệu vô tuyến nhận được từ bề mặt một hành tinh khác.
Chương trình Venera tiếp tục với phi vụ Venera 8 khi nó gửi được dữ liệu từ thời điểm chạm đất trong khoảng 50 phút, sau khi đi vào khí quyển ngày 22 tháng 7 năm 1972. Venera 9, đi vào khí quyển ngày 22 tháng 10 năm 1975, và ba ngày sau 25 tháng 10 tàu Venera 10, gửi những hình ảnh đầu tiên về quang cảnh Sao Kim. Hai vị trí đổ bộ có địa hình khác nhau xung quanh hai tàu: Venera 9 rơi xuống một sườn dốc 20 độ với những tảng đá đường kính 30–40 cm nằm rải rác xung quanh; Venera 10 rơi trên phiến đá phẳng kiểu bazan bao quanh bởi đất đá bị phong hóa.
Trong thời gian này, Hoa Kỳ đã gửi tàu Mariner 10 có quỹ đạo bay qua Sao Kim nhằm lợi dụng hỗ trợ hấp dẫn để đến Sao Thủy. Ngày 5 tháng 2 năm 1974, Mariner 10 đi qua hành tinh ở khoảng cách 5790 km, và gửi về trung tâm điều khiển hơn 4.000 bức ảnh. Các bức ảnh với chất lượng tốt nhất từ trước đó, cho thấy hành tinh hiện lên không có gì nổi bật dưới ánh sáng khả kiến, nhưng qua bước sóng tử ngoại các nhà khoa học có thể nhận ra các đám mây mà chưa từng được quan sát từ các đài quan trắc trên Trái Đất.
Dự án Pioneer Venus bao gồm hai phi vụ riêng. Tàu quỹ đạo Pioneer Venus Orbiter đi vào quỹ đạo elip quanh Sao Kim ngày 4 tháng 12 năm 1978, và tồn tại ở đó trong 13 năm, nó nghiên cứu khí quyển và chụp ảnh bề mặt bằng sóng ra đa. Tàu Pioneer Venus Multiprobe thả ra tổng cộng 4 thiết bị thăm dò đi xuống khí quyển Sao Kim ngày 9 tháng 12 năm 1978, và chúng đã gửi dữ liệu về thành phần, sức gió và thông lượng nhiệt trong khí quyển hành tinh.
Có thêm bốn phi vụ đổ bộ nữa diễn ra trong bốn năm tiếp theo, mà các tàu Venera 11 và Venera 12 phát hiện ra những cơn bão điện tích trong khí quyển; và Venera 13 và Venera 14, đổ bộ cách nhau bốn ngày 1 và 5 tháng 3 năm 1982, gửi về những bức ảnh màu đầu tiên về bề mặt hành tinh. Cả bốn phi vụ đều sử dụng dù bung để hãm tàu rơi trong khí quyển, nhưng sau đó thả chúng ra tại độ cao 50 km, nơi khí quyển có mật độ dày đặc hơn và cho phép các tàu chạm đất nhẹ nhàng dựa vào ma sát với không khí mà không cần sự hỗ trợ của dù. Cả Venera 13 và 14 đều thực hiện nhiệm vụ phân tích mẫu đất bằng phổ kế huỳnh quang tia X gắn trên tàu, cũng như đo tính nén của đất nơi chúng đổ bộ bằng một thiết bị va chạm. Venera 14 bị hỏng lắp chụp camera và thiết bị của nó không thể tiếp xúc với đất được. Chương trình Venera kết thúc vào tháng 10 năm 1983, khi Venera 15 và Venera 16 đi vào quỹ đạo quanh Sao Kim nhằm vẽ bản đồ địa hình hành tinh thông qua phương pháp tổng hợp tín hiệu ra đa.
Năm 1985, Liên Xô đã kết hợp nhiệm vụ thám hiểm Sao Kim với thăm dò sao chổi Halley, sao chổi đi vào vùng bên trong Hệ Mặt Trời năm đó. Trên đường đến sao chổi Halley, ngày 11 và 15 tháng 6 năm 1985, hai tàu không gian của chương trình Vega mỗi tàu đã thả một thiết bị thăm dò từng thiết kế trong chương trình Venera và giải phóng một robot bay trong khí quyển nhờ khí cầu. Robot khí cầu này hoạt động trên độ cao khoảng 53 km, nơi áp suất và nhiệt độ tương đương trên bề mặt Trái Đất. Hai robot đã hoạt động trong khoảng 46 giờ, và khám phá ra khí quyển Sao Kim hỗn loạn hơn rất nhiều so với trước đó từng nghĩ, với những luồng gió mạnh và những ô đối lưu khí quyển mạnh.

Vẽ bản đồ bằng ra đa

Những nghiên cứu bằng tín hiệu ra đa từ Trái Đất đã cung cấp những hình ảnh cơ bản về bề mặt hành tinh này. Các tàu Pioneer Venus và Venera cũng đã gửi về những bức ảnh có độ phân giải cao hơn.
Tàu không gian Magellan của Hoa Kỳ phóng lên ngày 4 tháng 5 năm 1989, với mục đích thu được hình ảnh bề mặt Sao Kim bằng phương pháp ảnh ra đa. Con tàu đã gửi những bức ảnh phân giải cao trong suốt 4,5 năm hoạt động với lượng dữ liệu gửi về vượt qua tất cả các phi vụ thám hiểm hành tinh này trước đó. Magellan chụp được hơn 98% diện tích bề mặt bằng ra đa, và vẽ ra 95% bản đồ phân bố khối lượng trong hành tinh bằng cách đo tác dụng của trường hấp dẫn lên con tàu. Năm 1994, thời điểm kết thúc của phi vụ, các kĩ sư đã gửi Magellan rơi vào khí quyển Sao Kim nhằm đánh giá mật độ khí quyển hành tinh. Sao Kim cũng đã được chụp ảnh từ các tàu Galileo và Cassini trong thời gian chúng bay qua hành tinh để đến lần lượt Sao Mộc và Sao Thổ, nhưng tàu Magellan là phi vụ cuối cùng của thể kỷ nhằm để nghiên cứu riêng Sao Kim.

Những phi vụ hiện tại và tương lai

Tàu không gian MESSENGER của NASA trên đường đến Sao Thủy đã hai lần thực hiện bay qua Sao Kim vào tháng 10 năm 2006 và tháng 6 năm 2007, nhằm giảm vận tốc trên quỹ đạo để nó có thể bị bắt bởi Sao Thủy khi đi vào quỹ đạo hành tinh này tháng 3 năm 2011. MESSENGER cũng đã thu thập và gửi về một số dữ liệu.
Tàu Venus Express được thiết kế và chế tạo bởi ESA, phóng lên ngày 9 tháng 11 năm 2005 bằng tên lửa Soyuz-Fregat của Nga thông qua công ty sở hữu chung của Nga và ESA là "Starsem", nó đã đi vào quỹ đạo cực quanh Sao Kim ngày 11 tháng 4 năm 2006. Nhiệm vụ của con tàu là nghiên cứu chi tiết khí quyển cũng như các đám mây, bao gồm lập ra bản đồ môi trường plasma bao quanh và các đặc điểm bề mặt hành tinh, đặc biệt là nhiệt độ. Một trong những khám phá của Venus Express hai xoáy khí quyển khổng lồ tồn tại trong khí quyển ở cực nam Sao Kim.
Cơ quan nghiên cứu và phát triển hàng không vũ trụ Nhật Bản (JAXA) đã thiết kế và chế tạo một tàu quỹ đạo, Akatsuki (tên gọi cũ "Hành tinh-C"), phóng lên ngày 20 tháng 5 năm 2010, nhưng nó đã thất bại khi không đi vào quỹ đạo Sao Kim tháng 12 năm 2010. Hy vọng vẫn còn khi các kĩ sư đặt con tàu vào chế độ đóng băng và họ cố gắng thử đưa tàu vào quỹ đạo một lần nữa vào năm 2016. Nhiệm vụ nghiên cứu của nó bao gồm chụp ảnh bề mặt bằng một camera hồng ngoại và phát hiện ra tia sét trong khí quyển, cũng như phát hiện ra những núi lửa còn khả năng hoạt động.
Cơ quan ESA đang triển khai kế hoạch phóng một tàu quỹ đạo lên Sao Thủy năm 2014, tàu BepiColombo, và nó sẽ thực hiện hai lần bay qua Sao Kim trước khi đi vào quỹ đạo Sao Thủy năm 2020.
Trong Chương trình New Frontiers, NASA đề xuất một phi vụ đổ bộ "Venus In-Situ Explorer" nhằm nghiên cứu điều kiện bề mặt và khảo sát khoáng chất của regolith. Robot sẽ được trang bị một máy khoan lấy mẫu để nghiên cứu đất và những mẫu đá chưa bị phong hóa dưới điều kiện khắc nghiệt tại bề mặt hành tinh. Một phi vụ khác nhằm nghiên cứu bề mặt và khí quyển, "Surface and Atmosphere Geochemical Explorer" (SAGE), là một ứng cử viên trong New Frontiers năm 2009, nhưng nó đã không được lựa chọn để triển khai.
Vệ tinh Venera-D (tiếng Nga: Венера-Д) do cơ quan hàng không không gian Nga thiết kế có thể được phóng lên trong năm 2016, với nhiệm vụ nghiên cứu môi trường bao quanh Sao Kim cũng như thả một thiết bị đổ bộ, dựa trên thiết kế cũ của chương trình Venera, với mục tiêu tồn tại lâu trên bề mặt hành tinh. Những đề xuất nghiên cứu thăm dò Sao Kim khác bao gồm các robot tự hành, khí cầu, và máy bay trong khí quyển.

Ý tưởng về chuyến bay có người lái

Một phi vụ có người lái đến Sao Kim, sử dụng các con tàu và tên lửa có từ chương trình Apollo, đã được đề xuất cuối những năm 1960. Kế hoạch của chương trình là phóng tên lửa đưa người lên vào tháng 10 hoặc tháng 11 của năm 1973, và sử dụng tên lửa Saturn V để đưa ba phi hành gia đến Sao Kim trong khoảng thời gian 1 năm. Con tàu sẽ bay qua bề mặt Sao Kim ở khoảng cách 5.000 kilômét trong khoảng bốn tháng trước khi quay trở lại Trái Đất. Tuy nhiên ý tưởng đã bị hủy bỏ vì có quá nhiều khó khăn về mặt kỹ thuật và tài chính.

Trong văn hóa

Theo hệ thống đặt tên hành tinh của IAU, Sao Kim là hành tinh duy nhất trong Hệ Mặt Trời đặt tên theo hình ảnh của phái nữ. Ba hành tinh lùn;– Ceres, Eris và Haumea – cùng với những tiểu hành tinh đầu tiên được phát hiện ra và một số vệ tinh (như các vệ tinh Galilei) cũng mang tên giống cái/phái nữ. Trái Đất và Mặt Trăng cũng có tên phái nữ trong nhiều ngôn ngữ—Gaia/Terra, Selene/Luna— nhưng tên gọi của các vị thần nữ trong thần thoại dùng để đặt cho một thiên thể, chứ không phải họ được đặt tên theo thiên thể đó.

Biểu tượng Sao Kim

Ký hiệu thiên văn học cho Sao Kim giống như ký hiệu sử dụng trong sinh học cho giống cái: một hình tròn với chữ thập ở bên dưới. Biểu tượng của Sao Kim cũng thể hiện sự yếu đuối, và các nhà giả kim phương Tây trung đại còn dùng ký hiệu này cho kim loại đồng. Đồng được đánh bóng cũng được sử dụng làm gương soi ở thời cổ đại, và biểu tượng Sao Kim đôi khi còn được hiểu là chiếc gương soi của các vị thần.

Trong văn hóa

Là một trong những thiên thể sáng nhất trên bầu trời, Sao Kim đã được con người biết đến từ lâu và nó có vị trí vững chắc trong tư tưởng văn hóa xuyên suốt lịch sử loài người. Nó được miêu tả trong các văn bản của người Babylon như Bảng Sao Kim của Ammisaduqa, văn bản này liên quan đến những quan sát về ngôi sao này có thể vào thời điểm năm 1600 TCN. Những người Babylon đặt tên cho nó là Ishtar (thần Inanna của người Sumer), là hiện thân của phái nữ, và nữ thần tình yêu. Bà còn là nữ thần chiến tranh, đại diện cho vị thần trông coi sinh và tử.
Người Ai Cập cổ đại tin rằng có hai thiên thể khác nhau và gọi nó là Tioumoutiri khi nó xuất hiện vào buổi sáng (trong tiếng Việt là sao Mai) và khi xuất hiện vào buổi tối gọi là Ouaiti (sao Hôm). Tương tự người Hy Lạp cũng tin rằng Sao Kim cũng gọi là sao Mai Φωσφόρος, Phosphoros (Latin hóa Phosphorus), "Bringer of Light" Ἐωσφόρος, Eosphoros (Latin hóa Eosphorus), "Bringer of Dawn". Sao vào buổi tối được gọi là Hesperos (Latin hóa Hesperus) (Ἓσπερος, "sao hôm"). Người Hy Lạp cổ đại đã nhận ra rằng, hai thiên thể này thực chất là một hành tinh, được đặt theo tên nữ thần tình yêu của họ là Aphrodite (Αφροδίτη) (thần Astarte của Phoenicia), tên hành tinh được giữ lại trong tiếng Hy Lạp hiện đại. Người La Mã cổ đại có xuất phát tôn giáo phần lớn từ Hy Lạp đã đặt tên cho hành tinh theo Venus, một vị thần tình yêu của họ. Gaius Plinius Secundus (Natural History, ii,37) đã xác định Sao Thủy với Isis.

Xâm lược thuộc địa

Do những điều kiện vật lý khắc nghiệt, việc xâm lược lên bề mặt Sao Kim là không thể đối với công nghệ hiện nay. Tuy nhiên, ở độ cao xấp xỉ 50 kilômét áp suất khí quyển và nhiệt độ tại đó gần bằng so với tại bề mặt Trái Đất với ôxy và nitơ được thay bằng CO₂. Do vậy có người đề xuất xây dựng "những thành phố nổi" trên khí quyển Sao Kim. Những khí cầu Aerostat có thể được sử dụng nhằm thám hiểm và cuối cùng dừng để nâng đỡ các thành phố nổi này. Những khó khăn về mặt kỹ thuật đó là có quá nhiều axít sunfuric hay thiếu ôxy tại những độ cao này. Ngoài ra còn có sự nhiễu động mạnh của bầu khí quyển cũng như tác động của tia vũ trụ khi hành tinh không có từ quyển bao quanh.