金星

特征

金星是太阳系的四颗类地行星之一，因为它的大小、质量、体积与到太阳的距离，均与地球相似，所以经常被称为地球的姊妹或挛生兄弟。它的直径是12,092千米（只比地球少650千米），质量是地球的81.5%。但金星表面的状况从根本上就与地球完全不同，由于其稠密的大气层都是二氧化碳，金星大气的质量96.5%是二氧化碳，其余的3.5%是氮气。

地理

直到行星科学在20世纪揭示了它的某些秘密之前，金星表面一直是人们猜测的话题。它最后的影像来自麦哲伦号在1990-1991年间的探测，显示表面有大量且广泛的火山活动，大气层中的硫显示最近可能还有过喷发。
金星表面的80%被光滑的火山平原覆盖着，70%的平原有着皱褶脊和10%是平滑或有着碎裂的平原。两个高原构成其余30%的表面地区，一个在行星的北半球，另一个正好在赤道的南边。北方大陆的大小和澳洲差不多，依据巴比伦的爱神，伊师塔（Ishtar）命名为伊师塔地。金星上最高的山峰在伊斯塔地，称为马克士威山，它的标高是金星平均表面之上11千米。在南半球的大陆是这两个高原中较大的一个，依据希腊的爱神命名，称为阿佛洛狄忒陆，大小与非洲大陆相当。这个地区的部分份被断裂的网状结构和断层覆盖着。
由于缺乏熔岩流的伴随，随处可见的破火山口仍然是个谜。这颗行星只有少数的撞击坑，显示这颗行星表面相对的年轻，大约只有3-6亿年的历史。除了撞击坑、山脉、山谷等在岩石行星常见的地形，金星表面有一些独特的特征。平顶的火山地形称为Farra，看起来像薄煎饼，大小的范围从20至50千米，高度从100至1000米；辐射状、星形的地形系统，称为novae；有着类似蜘蛛网的辐射状和同心断裂外观的，称为蛛网膜地形（arachnoid）；coronae是有着同心圆环的凹地；这些都是火山地形。
金星表面的地形几乎全都以历史上和神话中的女性命名。少数的例外的是以詹姆斯·克拉克·马克士威的名字命名马克士威山，和阿尔法区、贝塔区和奥瓦达区这三个高原地区。前述三个地区是在国际天文学联合会的行星命名监督机构，通过现行的命名制度之前命名的。
金星上天然的地形以相对于其本初子午线的经度来表示。原本选择的子午线是通过阿尔法区南部，在雷达下呈现亮点的椭圆形Eve的中心。在金星任务完成后，重新定义的本初子午线为通过阿喇阿德涅火山口中央峰的经线。

表面地质

大部分的金星表面似乎都是火山活动形成的，金星的火山数量是地球的好几倍，它拥有167座直径超过100千米的大型火山。地球上，只有夏威夷大岛的复杂火山的大小可以和金星比较。这不是因为金星的火山比地球活跃，而是因为它的地壳比地球古老。地球的海洋地壳在板块的边界不断的俯冲而下，使得平均年龄小于一亿年，而金星表面的年龄估计在3至6亿年间。
几条线索指出金星上的火山仍在活动中。前苏联的金星计划，金星11号和金星12号探测器侦测到络绎不绝的闪电，金星12号降落之后不久，就记录到强大的雷声。欧洲空间局的金星快车记录到高层大气中丰富的闪电。 虽然地球上的雷暴伴随着降雨，但是金星表面不会下雨（尽管在大气层的上层会落下硫酸雨，但在25千米的高处就会因高温蒸发）。产生闪电的一种可能是来自火山灰的喷发。另一种证据来自大气层中的二氧化硫浓度，在1978年至1986年间的测量，其浓度下降了10倍。这意味着，早些时有大型的火山爆发在进行。
金星上有近千个撞击坑均匀的分布在其表面。在其它天体上的撞击坑，例如地球和月球，撞击坑展现出一系列衰退的状况。在月球，衰退是由于后续的撞击；在地球，是因为风和雨水的侵蚀。在金星，85%的撞击坑保持着原始的状态。撞击坑的数量，以及其保存在完好的状态下，显示这颗行星大约在3亿年前经历了一次全球性的事件，随后火山活动的即开始衰减。地球的地壳是不断的运动，而金星被认为无法维持这一过程。没有板块构造从地幔散热，金星反而经历一个使地幔温度升高的循环，直到它们达到临界的水准，削弱了地壳。然后，大约在一亿年的期间，发生大规模的地壳俯冲，使地壳完全重生。第一个火山活动持续的直接证据，出现在格尼奇峡谷的盾状火山马特山的带状裂口，发现了3个红外线的闪光。这些闪光的温度范围从527-827℃，相信是气体或熔岩从火山口释出的喷发现象。
星星凹面的坑穴大小从3千米至280千米。由于浓稠的大气影响到进入的天体，所以没有小于3千米的坑穴。受到大气层的减速，动能低于某一临界值的天体，将无法碰撞出撞击坑。进入的天体直径若小于50米，将在坠落到表面之前就在大气层中烧毁。

内部结构

由于没有地震或转动惯量的资料，因此只有少许的直接资料可用于了解金星内部的结构和地质化学。与地球相似的大小和密度，显示它和地球有着相似的共同内部构造：核、地幔和地壳。像地球一样，金星的核心至有一部分是液体，因为这两颗行星冷却的速率是相同的。体积略小的金星显示出内部深处的压力亦比地球的略小一些。这两颗行星之间主要的区别在于金星缺乏板块存在的证据，可能是因为它的外壳太坚硬，隐没带缺乏水而使它没有黏度。这样的结果使行星的热难以散逸，阻止了它的冷却，并提供其内部缺乏生成磁场机制的可能解释。相反的，金星可能以周期性的重铺地壳来散逸它内部的热。

大气层和气候

金星有着密度极高的大气层，其中主要包括二氧化碳和极少量的氮。金星大气层的质量是地球大气层的93倍，而其表面上的压力是地球表面压力的92倍左右，相当于在地球上深达1千米处的海洋下的压力。在表面的密度是65千克/米³，是水的6.5%。富含CO₂的大气层，与薄薄的一层二氧化硫，创造出太阳系最强大的温室效应，使表面的温度至少达到735 K（462 °C）。这使得金星表面的温度比水星更高，而水星表面的最低温是55 K（−220 °C），最高温也只有695 K（420 °C）。然而，金星的距离比水星远离太阳将近2倍，所能接受的太阳辐照度只是水星的 25%。金星的表面经常被描述如同地狱般的场所。这一温度远远高于实现灭菌所需要的温度。
研究表明数十亿年前的金星大气层很像现在的地球大气层，并且表面上可能有许多的液态水，但是经过六亿年至数十亿年后，受到失控的温室效应影响，造成原来的水都被蒸发掉，并使得在大气层中的温室气体超过临界的水准。虽然，在这个事件发生之后，星球的表面条件已不再适合任何像地球生物的生命存在，但在金星云层的中层和低层是可能有生命存在的。
热惯量和经由较低层大气风传导的热，意味着尽管这颗行星自转得很慢，但表面的温度变化无论是白天或黑夜都不显著。在表面的风是缓慢的，每小时只移动数千米，但由于表面的大气密度高，它们施加巨大的压力对抗障碍物和输送表面的尘埃和小石块。即使热、压力和缺乏氧气都不是问题，这依然会使人很难单独在表面行走移动。
在浓厚的CO₂大气层之上的是包含二氧化硫和硫酸水滴的浓厚云层。这些云反射和散射90%照射在其上的阳光回到太空中，并阻止了以可见光对金星表面的观测。永久覆盖的云层意味着金星尽管比地球还靠近太阳，但表面不如地球明亮。在云层顶端的风速高达85 m/s（300 km/h），每4至5天就可以绕行金星一圈。金星的风速是自转速度的60倍，地球上的最高风速只是地球自转速度的10-20% 。
金星表面实际上是等温的，不仅是白天和黑夜之间，包括赤道和南北两极，都保持一个恒定的温度。这颗行星自转轴的倾斜很小－少于3°，相较于地球的23°－也减少了季节性的温度变化。可以察觉到的温度变化只发在海拔高度的改变，因此金星的最高点，马克士威山是温度最低的地点，温度大约是655 K（380 °C）和大约4.5 MPa（45 bar）的大气压力。在1995年，麦哲伦号在金星最高峰的顶部拍摄到和地面上的雪相似的高反光物质。尽管在温度较高的地区，这种过程可以说是类似下雪的现象。较容易挥发的物质在表面上聚集，以气体的形态上升到较高处，因为高海拔处的气温下降而冷凝，于是在那儿如同下雪般跌落回较低的表面。还不知道这种物质的成分，但是投机者的猜测已经从元素的碲到铅硫化物（方铅矿）都有。
金星的云层也像地球上的云一样，可以产生闪电 。从前苏联的金星探测器首度检测出疑似闪电的色谱开始，金星是否有闪电的争议就一直存在。在2006–2007年，金星快车明确发现了闪电的证据哨声波，它们间歇性出现证明金星存在气象活动。闪电的比率至少有地球的一半。在2007年，金星快车还探测到南极存在着巨大的双大气涡旋。
在2011年，金星快车又在金星的大气层高处发现存在着臭氧层。
在2013年1月29日，欧洲空间局的科学家报告在金星这颗行星的电离层有着类似于彗星离子尾条件的离子尾流。

轨道和自转

金星以平均距离0.72 AU（108,000,000 km；67,000,000 mi）的轨道绕着太阳公转，完成一圈的时间大约是224.65地球日。虽然所有行星的轨道都是椭圆的，但是金星的轨道最接近圆形，离心率小于0.01。金星它位于地球和太阳的连线之间时，称为下合（内合）。这时它比任何其他行星更最靠近地球，距离大约是4,100万千米。它与地球的会合周期平均是584天。归功于地球的轨道离心率衰减，这个最接近的距离将会以超过10,000年的周期改变。从1至5383年，有526次的距离会小于4,000万千米；接下来的60,158年都会超过。
从地球的北极方向观察，太阳系所有的行星都是以逆时针方向在轨道上运行。大多数行星的自转方向也是逆时针的（称为顺行自转），但是金星的自转方向不仅是顺时针的（称为逆行自转），金星还需243地球日自转，是所有行星中转得最慢的。因为它的自转是如此缓慢，所以它极度的接近球形。金星的恒星日比金星的地球日一年长（243相对于224.7地球日）。金星赤道的线速度为6.5 km/h（4.0 mph），而地球的则接近1,670 km/h（1,040 mph）。自从麦哲伦号太空船抵达金星之后，它的自转周期已经延长了6.5 分钟。因为是逆行的自转，一个太阳日的长度明显的短于恒星日，仅为116.75地球日（使得金星的太阳日短于水星太阳日的176个地球日）。一个金星年的长度是金星日（太阳日）的1.92倍。金星上的观测者会看见太阳从西边升起，然后从东边落下；但实际上，由于不透明的云层，在金星表面是看不见太阳的。
金星可能从太阳星云中不同转动周期和转轴倾角的区域诞生，由于混沌的自旋和其它行星对其浓厚大气的摄动和潮汐效应，经过数十亿年的影响才达到现在的状况。金星的自转周期可能代表其潮汐受到太阳引力的锁定，由太阳热在浓稠的金星大气层中创造出金星大气潮，使旋转逐渐趋于缓慢。平均584天接近地球一次的会合周期，几乎正好是金星5个太阳日的长度，但是与地球的自旋轨道共振已经不被采信了。
金星没有天然的卫星，目前仅有小行星2002 VE₆₈维持着准卫星轨道的关系。此外，它还曾有过其它的准卫星：两颗暂时共轨的小行星，2001 CK₃₂和2012 XE₁₃₃。在17世纪， 乔凡尼·卡西尼报告有一颗卫星环绕着金星，还将之命名为Neith，并在其后的200 年还有断断续续的观测报告，但大多数被确认只是邻近的背景恒星。加州理工学院的Alex Alemi's和David Stevenson在2006年研究早期太阳系的模型显示，在数十亿年前的巨大撞击事件中，至少曾为金星创造一颗卫星；大约1,000万年后，另一个撞击事件反转了金星的自转方向，造成金星的卫星逐渐螺旋向内，直到与金星撞击而合并，如果稍后的撞击创造出卫星，也会被以相同的方式吸收掉。缺乏卫星的另一种解释是太阳强大的潮汐力，会使环绕内侧类地行星的大型卫星轨道不稳定。

观测

金星永远比除了太阳以外的任何恒星明亮，当它是最靠近太阳的眉型月时，它的最大视星等亮度可以达到-4.9等，当它在太阳的背后最黯淡时，视星等依然有-3等。当高度足够时，这颗行星的亮度足以在晴朗的夜空下照射出阴影，而且当太阳在接近地平线的低空时，也很容易看见它。由于它是一颗内侧行星，所以它与太阳的距角（离日度）永远小于47度。
金星在绕行太阳的轨道上每584天超越地球一次。当它超越地球时，它会从日落后可见的昏星（长庚星）变成日出之前可见的晨星（启明星）。虽然水星也是内侧的行星，但它的最大离日度只有28°，所以通常很难在晨昏濛影中见到，而金星在它最亮时很难不被看见。它的离日度越大，表示在日落后或日出前的黑暗中可以看见的时间越长。当它是天空中最明亮的光点时，通常会被误报为不明飞行物（UFO）。美国总统吉米·卡特在1969年宣称看见不明飞行物，事后分析被认为极可能就是金星。许多人曾误以为金星是更奇特的东西。
透过望远镜观察在轨道上的金星，它会显示像月球的相位变化。当它在太阳的另一侧时，这颗行星呈现小而圆满的图像。当它在最大的离日度时，会呈现半圆形的相位，并显示较大的视直径，而当它在靠近地球与太阳的这一侧，也就是靠近地球且在夜空中最明亮时，会呈现细长的眉月形。当金星最大并且要呈现新月的相位时，在望远镜中可以看见光线被金星大气层折射后在它周围形成的光晕。金星的相位变化，曾经被伽利略作为证明哥白尼日心说的有力证据。

凌日

金星的轨道相对于地球的轨道略有倾斜，因此当金星行经地球和太阳之间时，通常不会横越过太阳的表面。只有当下合时刚好也穿越地球的轨道平面时才会发生金星凌日的现象。目前发生金星凌日的循环周期是243 年，会相隔大约105.5 年或121.5 年各出现一对间隔八年的凌日—这是英国天文学家杰雷米亚·霍罗克斯在1639年首先发现的模式。
最近的一对是2004年6月8日和2012年6月5-6日。在许多地点都以适当的仪器进行现场观测和线上直播观赏这两次的凌日。
前一次的一对凌日发生在1874年12月和1882年12月；下一次的一对是在2117年12月和2125年12月。在历史上，凌日的观测是很重要的，因为这可以让天文学家确定天文单位的大小，霍罗克斯在1639年即借此测量太阳系的大小。1768年，库克船长前往大溪地，于1769年在当地观测金星凌日之后，还航行到澳大利亚东岸。

灰光

当这颗行星的相位是月牙形时，在黑暗侧出现的微弱光照，称为灰光，长久以来一直是观测上的谜团。第一个声称看见灰光的观测报告出现在1643年，但从来没有可证实的可靠照明存在。观测人员猜测这可能是金星大气层中的电气活动，但也可能是观察明亮的月牙形区域后生理上产生的虚幻。

早期的研究

众所周知，金星在古文明被视为启明星（晨星）和长庚星（昏星），反映出在早期假设这是两颗不同的天体，所以各自有自己的名称。在公元前1581年的金星碑都表明巴比伦人知道这两个天体其实是相同的，在这块板上称之为明亮的天空女王，可以支持这一观点和细致的观察。直到公元前六世纪的毕达哥拉斯，希腊人都认为这是两颗不同的天体，凌晨的被称为磷光体，日落后的才称为金星（Hesperus）。
罗马人称凌晨方位的金星为晓星（Lucifer），字面上的意思是光明使者，晚上的是金星（Vesper），两者都是承袭希腊名字字面上的翻译。
首次观测金星凌日是在1032年，观测者是波斯天文学家阿维森纳，它因此认为金星比地球更靠近太阳，并且认为金星，至少有些时候，是低于太阳。在12世纪，安达卢西亚的天文学家Ibn Bajjah观察到两颗行星像黑点一样的从太阳表面经过。后来，13世纪马拉盖的天文学家Qotb al-Din Shirazi认定是金星和水星的凌日。在1639年12月4日（以当时的儒略历是1639年11月24日），杰雷米亚·霍罗克斯和它的朋友威廉·克莱布崔，在他们自己各自的住宅都观测了金星凌日。
在17世纪，意大利物理学家伽利略首次观察到这颗行星时，发现它和月球一样有着相位变化，从眉形到凸月然后满月，之后再反过来变化。当金星的距角最大时，它呈现半圆形；离太阳最近时（距角最小）显示新月或满月的圆形。只有金星环绕太阳运转才有这种可能，这是首度观测到与托勒密的地心模型，地球居于同心圆的太阳系中心矛盾的现象。
在1761年，俄罗斯的学者罗蒙诺索夫发现金星的大气层。德国天文学家约翰·罗特在1790年也观测到金星的大气层。罗特发现这颗行星呈现弯弯的月牙形时，月牙的尖顶延长超过180度。他正确的推论这是因为阳光在稠密的大气层中散射。后来，美国天文学家莱曼观测到在内合时，在黑暗的一侧有完整的光环围绕着，进一步提供存在大气层的证据 意大利出生的天文学家卡西尼和罗特，努力观察金星表面复杂的大气层在金星表面标示出的标记，不正确的估计金星的自转周期为24 小时。

地形地貌

在金星表面的大平原上有两个主要的大陆状高地。北边的高地叫伊师塔地，拥有金星最高的“马克士威山脉（大约比喜马拉雅山高出两千米）”，它是根据詹姆斯·克拉克·马克士威命名的。马克士威山脉包围了拉克西米高原。伊师塔地大约有澳大利亚那么大。南半球有更大的阿佛洛狄忒陆，面积与南美洲相当。这些高地之间有许多广阔的低地，包括有阿塔兰塔平原低地、圭尼维尔平原低地以及拉维尼亚平原低地。除了马克士威山脉外，所有的金星地貌均以现实中的或者神话中的女性命名。由于金星浓厚的大气让流星等天体在到达金星表面之前减速，所以金星上的陨石坑都不超过3.2千米。
大约90%的金星表面是由不久之前才固化的玄武岩熔岩形成，当然也有极少量的陨石坑。这表明金星近来正在经历表面的重新构筑。金星的内部可能与地球是相似的：半径约3000千米的地核和由熔岩构成的地幔组成了金星的绝大部分。来自麦哲伦号的最近的数据表明金星的地壳比起原来所认为的更厚也更坚固。可以据此推测金星没有像地球那样的可移动的板块构造，但是却有大量的有规律的火山喷发遍布金星表面。金星上最古老的特征仅有8亿年历史，大多数地区都相当年轻（但也有数亿年的时间）。最近的发现表明，金星的火山在隔离的地质热点依旧活跃。
金星本身的磁场与太阳系的其它行星相比是非常弱的。这可能是因为金星的自转不够快，其地核的液态铁因对流产生的磁场较弱造成的。这样一来，太阳风就可以毫无缓冲地撞击金星上层大气。最早的时候，人们认为金星和地球的水在量上相当，然而，太阳风的攻击已经让金星上层大气的水蒸气分解为氢和氧。氢原子因为质量小逃逸到了太空。金星上氘（氢的一种同位素，质量较大，逃逸得较慢）的比例似乎支持这种理论。而氧元素则与地壳中的物质化合，因而在大气中没有氧气。金星表面十分干旱，所以金星上的岩石要比地球上的更坚硬，从而形成了更陡峭的山脉、悬崖峭壁和其它地貌。
另外，根据探测器的探测，发现金星的岩浆里含有水。

人类探索

在太空探测器探测金星以前，有的天文学家认为金星的化学和物理状况和地球类似，在金星上发现生命的可能性比火星还大。1950年代后期，天文学家用射电望远镜第一次观测了金星的表面。第一个机器人太空探索的金星任务，并且是首次探索任何星球，开始于1961年2月12日发射的金星1号探测器。从1961年起，苏联和美国向金星发射了30多个探测器，从近距离观测，到着陆探测。
日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）在2010年5月发射的金星探测器“破晓号”，原定在2010年12月7日进入金星轨道，但“破晓号”开始进行引擎反向喷射、准备减缓速度进入金星轨道时，通讯设备却发生故障，与地面指挥中心短暂失去联络，以至于引擎停摆，与金星擦身而过。“破晓号”必须等到2016年后才能再度接近金星轨道，运作小组表示，届时“破晓号”若仍完好无损，将再次挑战。在飞行器绕太阳五年之后，工程师们通过点火其姿态控制推进器20分钟而进入一个替代的椭圆形金星轨道，JAXA于2015年12月9日下午六点宣布破晓号于2015年12月7日成功进入金星轨道。