金星

特徵

金星是太陽系的四顆類地行星之一，因為它的大小、質量、體積與到太陽的距離，均與地球相似，所以經常被稱為地球的姊妹或攣生兄弟。它的直徑是12,092公里（只比地球少 650公里），質量是地球的81.5%。但金星表面的狀況從根本上就與地球完全不同，由於其稠密的大氣層都是二氧化碳，金星大氣的質量96.5%是二氧化碳，其餘的3.5%是氮氣。

地理

直到行星科學在20世紀揭示了它的某些秘密之前，金星表面一直是人們猜測的話題。它最後的影像來自麥哲倫號在1990-1991年間的探測，顯示表面有大量且廣泛的火山活動，大氣層中的硫顯示最近可能還有過噴發。
金星表面的80%被光滑的火山平原覆蓋著，70%的平原有著皺褶脊和10%是平滑或有著碎裂的平原。兩個高原構成其餘30%的表面地區，一個在行星的北半球，另一個正好在赤道的南邊。北方大陸的大小和澳洲差不多，依據巴比倫的愛神，伊師塔（Ishtar）命名為伊師塔地。金星上最高的山峰在伊斯塔地，稱為馬克士威山，它的標高是金星平均表面之上11公里。在南半球的大陸是這兩個高原中較大的一個，依據希臘的愛神命名，稱為阿佛洛狄忒陸，大小與非洲大陸相當。這個地區的部分份被斷裂的網狀結構和斷層覆蓋著。
由於缺乏熔岩流的伴隨，隨處可見的破火山口仍然是個謎。這顆行星只有少數的撞擊坑，顯示這顆行星表面相對的年輕，大約只有3-6億年的歷史。除了撞擊坑、山脈、山谷等在岩石行星常見的地形，金星表面有一些獨特的特徵。平頂的火山地形稱為Farra，看起來像薄煎餅，大小的範圍從20至50公里，高度從100至1000公尺；輻射狀、星形的地形系統，稱為novae；有著類似蜘蛛網的輻射狀和同心斷裂外觀的，稱為蛛網膜地形（arachnoid）；coronae是有著同心圓環的凹地；這些都是火山地形。
金星表面的地形幾乎全都以歷史上和神話中的女性命名。少數的例外的是以詹姆斯·克拉克·馬克士威的名字命名馬克士威山，和阿爾法區、貝塔區和奧瓦達區這三個高原地區。前述三個地區是在國際天文學聯合會的行星命名監督機構，通過現行的命名制度之前命名的。
金星上天然的地形以相對於其本初子午線的經度來表示。原本選擇的子午線是通過阿爾法區南部，在雷達下呈現亮點的橢圓形Eve的中心。在金星任務完成後，重新定義的本初子午線為通過阿喇阿德涅火山口中央峰的經線。

表面地質

大部分的金星表面似乎都是火山活動形成的，金星的火山數量是地球的好幾倍，它擁有167座直徑超過100公里的大型火山。地球上，只有夏威夷大島的複雜火山的大小可以和金星比較。這不是因為金星的火山比地球活躍，而是因為它的地殼比地球古老。地球的海洋地殼在板塊的邊界不斷的俯衝而下，使得平均年齡小於一億年，而金星表面的年齡估計在3至6億年間。
幾條線索指出金星上的火山仍在活動中。前蘇聯的金星計劃，金星11號和金星12號探測器偵測到絡繹不絕的閃電，金星12號降落之後不久，就記錄到強大的雷聲。歐洲太空總署的金星特快車記錄到高層大氣中豐富的閃電。 雖然地球上的雷暴伴隨著降雨，但是金星表面不會下雨（儘管在大氣層的上層會落下硫酸雨，但在25公里的高處就會因高溫蒸發）。產生閃電的一種可能是來自火山灰的噴發。另一種證據來自大氣層中的二氧化硫濃度，在1978年至1986年間的測量，其濃度下降了10倍。這意味著，早些時有大型的火山爆發在進行。
金星上有近千個撞擊坑均勻的分布在其表面。在其它天體上的撞擊坑，例如地球和月球，撞擊坑展現出一系列衰退的狀況。在月球，衰退是由於後續的撞擊；在地球，是因為風和雨水的侵蝕。在金星，85%的撞擊坑保持著原始的狀態。撞擊坑的數量，以及其保存在完好的狀態下，顯示這顆行星大約在3億年前經歷了一次全球性的事件，隨後火山活動的即開始衰減。地球的地殼是不斷的運動，而金星被認為無法維持這一過程。沒有板塊構造從地函散熱，金星反而經歷一個使地函溫度升高的迴圈，直到它們達到臨界的水準，削弱了地殼。然後，大約在一億年的期間，發生大規模的地殼俯衝，使地殼完全重生。第一個火山活動持續的直接證據，出現在格尼奇峽谷的盾狀火山馬特山的帶狀裂口，發現了3個紅外線的閃光。這些閃光的溫度範圍從527-827℃，相信是氣體或熔岩從火山口釋出的噴發現象。
星星凹面的坑穴大小從3公里至280公里。由於濃稠的大氣影響到進入的天體，所以沒有小於3公里的坑穴。受到大氣層的減速，動能低於某一臨界值的天體，將無法碰撞出撞擊坑。進入的天體直徑若小於50公尺，將在墜落到表面之前就在大氣層中燒毀  。

內部結構

由於沒有地震或轉動慣量的資料，因此只有少許的直接資料可用於了解金星內部的結構和地質化學。與地球相似的大小和密度，顯示它和地球有著相似的共同內部構造：核、地函和地殼。像地球一樣，金星的核心至有一部分是液體，因為這兩顆行星冷卻的速率是相同的。體積略小的金星顯示出內部深處的壓力亦比地球的略小一些。這兩顆行星之間主要的區別在於金星缺乏板塊存在的證據，可能是因為它的外殼太堅硬，隱沒帶缺乏水而使它沒有黏度。這樣的結果使行星的熱難以散逸，阻止了它的冷卻，並提供其內部缺乏生成磁場機制的可能解釋。相反的，金星可能以週期性的重鋪地殼來散逸它內部的熱。

大氣層和氣候

金星有著密度極高的大氣層，其中主要包括二氧化碳和極少量的氮。金星大氣層的質量是地球大氣層的93倍，而其表面上的壓力是地球表面壓力的92倍左右，相當於在地球上深達1公里處的海洋下的壓力。在表面的密度是65公斤/米³，是水的6.5%。富含CO₂的大氣層，與薄薄的一層二氧化硫，創造出太陽系最強大的溫室效應，使表面的溫度至少達到735 K（462 °C）。這使得金星表面的溫度比水星更高，而水星表面的最低溫是55 K（−220 °C），最高溫也只有695 K（420 °C）。然而，金星的距離比水星遠離太陽將近2倍，所能接受的太陽輻照度只是水星的 25%。金星的表面經常被描述如同地獄般的場所。這一溫度遠遠高於實現滅菌所需要的溫度。
研究表明數十億年前的金星大氣層很像現在的地球大氣層，並且表面上可能有許多的液態水，但是經過六億年至數十億年後，受到失控的溫室效應影響，造成原來的水都被蒸發掉，並使得在大氣層中的溫室氣體超過臨界的水準。雖然，在這個事件發生之後，星球的表面條件已不再適合任何像地球生物的生命存在，但在金星雲層的中層和低層是可能有生命存在的。
熱慣量和經由較低層大氣風傳導的熱，意味著儘管這顆行星自轉得很慢，但表面的溫度變化無論是白天或黑夜都不顯著。在表面的風是緩慢的，每小時只移動數公里，但由於表面的大氣密度高，它們施加巨大的壓力對抗障礙物和輸送表面的塵埃和小石塊。即使熱、壓力和缺乏氧氣都不是問題，這依然會使人很難單獨在表面行走移動。
在濃厚的CO₂大氣層之上的是包含二氧化硫和硫酸水滴的濃厚雲層。這些雲反射和散射90%照射在其上的陽光回到太空中，並阻止了以可見光對金星表面的觀測。永久覆蓋的雲層意味著金星儘管比地球還靠近太陽，但表面不如地球明亮。在雲層頂端的風速高達85 m/s（300 km/h），每4至5天就可以繞行金星一圈。金星的風速是自轉速度的60倍，地球上的最高風速只是地球自轉速度的10-20% 。
金星表面實際上是等溫的，不僅是白天和黑夜之間，包括赤道和南北兩極，都保持一個恆定的溫度。這顆行星自轉軸的傾斜很小－少於3°，相較於地球的23°－也減少了季節性的溫度變化。可以察覺到的溫度變化只發在海拔高度的改變，因此金星的最高點，馬克士威山是溫度最低的地點，溫度大約是655 K（380 °C）和大約4.5 MPa（45 bar）的大氣壓力。在1995年，麥哲倫號在金星最高峰的頂部拍攝到和地面上的雪相似的高反光物質。儘管在溫度較高的地區，這種過程可以說是類似下雪的現象。較容易揮發的物質在表面上聚集，以氣體的形態上升到較高處，因為高海拔處的氣溫下降而冷凝，於是在那兒如同下雪般跌落回較低的表面。還不知道這種物質的成分，但是投機者的猜測已經從元素的碲到鉛硫化物（方鉛礦）都有。
金星的雲層也像地球上的雲一樣，可以產生閃電 。從前蘇聯的金星探測器首度檢測出疑似閃電的色譜開始，金星是否有閃電的爭議就一直存在。在2006–2007年，金星特快車明確發現了閃電的證據哨聲波，它們間歇性出現證明金星存在氣象活動。閃電的比率至少有地球的一半。在2007年，金星特快車還探測到南極存在著巨大的雙大氣渦旋。
在2011年，金星特快車又在金星的大氣層高處發現存在著臭氧層。
在2013年1月29日，歐洲太空總署的科學家報告在金星這顆行星的電離層有著類似於彗星離子尾條件的離子尾流。

軌道和自轉

金星以平均距離0.72 AU（108,000,000 km；67,000,000 mi）的軌道繞著太陽公轉，完成一圈的時間大約是224.65地球日。雖然所有行星的軌道都是橢圓的，但是金星的軌道最接近圓形，離心率小於0.01。金星它位於地球和太陽的連線之間時，稱為下合（內合）。這時它比任何其他行星更最靠近地球，距離大約是4,100萬公里。它與地球的會合週期平均是584天。歸功於地球的軌道離心率衰減，這個最接近的距離將會以超過10,000年的週期改變。從1至5383年，有526次的距離會小於4,000萬公里；接下來的60,158年都會超過。
從地球的北極方向觀察，太陽系所有的行星都是以逆時針方向在軌道上運行。大多數行星的自轉方向也是逆時針的（稱為順行自轉），但是金星的自轉方向不僅是順時針的（稱為逆行自轉），金星還需243地球日自轉，是所有行星中轉得最慢的。因為它的自轉是如此緩慢，所以它極度的接近球形。金星的恆星日比金星的地球日一年長（243相對於224.7地球日）。金星赤道的線速度為6.5 km/h（4.0 mph），而地球的則接近1,670 km/h（1,040 mph）。自從麥哲倫號太空船抵達金星之後，它的自轉週期已經延長了6.5 分鐘。因為是逆行的自轉，一個太陽日的長度明顯的短於恆星日，僅為116.75地球日（使得金星的太陽日短於水星太陽日的176個地球日）。一個金星年的長度是金星日（太陽日）的1.92倍。金星上的觀測者會看見太陽從西邊升起，然後從東邊落下；但實際上，由於不透明的雲層，在金星表面是看不見太陽的。
金星可能從太陽星雲中不同轉動週期和轉軸傾角的區域誕生，由於混沌的自旋和其它行星對其濃厚大氣的攝動和潮汐效應，經過數十億年的影響才達到現在的狀況。金星的自轉週期可能代表其潮汐受到太陽引力的鎖定，由太陽熱在濃稠的金星大氣層中創造出金星大氣潮，使旋轉逐漸趨於緩慢。平均584天接近地球一次的會合週期，幾乎正好是金星5個太陽日的長度，但是與地球的自旋軌道共振已經不被採信了。
金星沒有天然的衛星，目前僅有小行星2002 VE₆₈維持著準衛星軌道的關係。此外，它還曾有過其它的準衛星：兩顆暫時共軌的小行星，2001 CK₃₂和2012 XE₁₃₃。在17世紀， 喬凡尼·卡西尼報告有一顆衛星環繞著金星，還將之命名為Neith，並在其後的200 年還有斷斷續續的觀測報告，但大多數被確認只是鄰近的背景恆星。加州理工學院的Alex Alemi's和David Stevenson在2006年研究早期太陽系的模型顯示，在數十億年前的巨大撞擊事件中，至少曾為金星創造一顆衛星；大約1,000萬年後，另一個撞擊事件反轉了金星的自轉方向，造成金星的衛星逐漸螺旋向內，直到與金星撞擊而合併，如果稍後的撞擊創造出衛星，也會被以相同的方式吸收掉。缺乏衛星的另一種解釋是太陽強大的潮汐力，會使環繞內側類地行星的大型衛星軌道不穩定。

觀測

金星永遠比除了太陽以外的任何恆星明亮，當它是最靠近太陽的眉型月時，它的最大視星等亮度可以達到-4.9等，當它在太陽的背後最黯淡時，視星等依然有-3等。當高度足夠時，這顆行星的亮度足以在晴朗的夜空下照射出陰影，而且當太陽在接近地平線的低空時，也很容易看見它。由於它是一顆內側行星，所以它與太陽的距角（離日度）永遠小於47度。
金星在繞行太陽的軌道上每584天超越地球一次。當它超越地球時，它會從日落後可見的昏星（長庚星）變成日出之前可見的晨星（啟明星）。雖然水星也是內側的行星，但它的最大離日度只有28°，所以通常很難在晨昏濛影中見到，而金星在它最亮時很難不被看見。它的離日度越大，表示在日落後或日出前的黑暗中可以看見的時間越長。當它是天空中最明亮的光點時，通常會被誤報為不明飛行物（UFO）。美國總統吉米·卡特在1969年宣稱看見不明飛行物，事後分析被認為極可能就是金星。許多人曾誤以為金星是更奇特的東西。
透過望遠鏡觀察在軌道上的金星，它會顯示像月球的相位變化。當它在太陽的另一側時，這顆行星呈現小而圓滿的圖像。當它在最大的離日度時，會呈現半圓形的相位，並顯示較大的視直徑，而當它在靠近地球與太陽的這一側，也就是靠近地球且在夜空中最明亮時，會呈現細長的眉月形。當金星最大並且要呈現新月的相位時，在望遠鏡中可以看見光線被金星大氣層折射後在它周圍形成的光暈。金星的相位變化，曾經被伽利略作為證明哥白尼日心說的有力證據。

凌日

金星的軌道相對於地球的軌道略有傾斜，因此當金星行經地球和太陽之間時，通常不會橫越過太陽的表面。只有當下合時剛好也穿越地球的軌道平面時才會發生金星凌日的現象。目前發生金星凌日的循環週期是243 年，會相隔大約105.5 年或121.5 年各出現一對間隔八年的凌日 —這是英國天文學家傑雷米亞·霍羅克斯在1639年首先發現的模式。
最近的一對是2004年6月8日和2012年6月5-6日。在許多地點都以適當的儀器進行現場觀測和線上直播觀賞這兩次的凌日。
前一次的一對凌日發生在1874年12月和1882年12月；下一次的一對是在2117年12月和2125年12月。在歷史上，凌日的觀測是很重要的，因為這可以讓天文學家確定天文單位的大小，霍羅克斯在1639年即藉此測量太陽系的大小。1768年，庫克船長前往大溪地，於1769年在當地觀測金星凌日之後，還航行到澳大利亞東岸。

灰光

當這顆行星的相位是月牙形時，在黑暗側出現的微弱光照，稱為灰光，長久以來一直是觀測上的謎團。第一個聲稱看見灰光的觀測報告出現在1643年，但從來沒有可證實的可靠照明存在。觀測人員猜測這可能是金星大氣層中的電氣活動，但也可能是觀察明亮的月牙形區域後生理上產生的虛幻。

早期的研究

眾所周知，金星在古文明被視為啟明星（晨星）和長庚星（昏星），反映出在早期假設這是兩顆不同的天體，所以各自有自己的名稱。在西元前1581年的金星碑都表明巴比倫人知道這兩個天體其實是相同的，在這塊板上稱之為明亮的天空女王，可以支持這一觀點和細緻的觀察。直到西元前六世紀的畢達哥拉斯，希臘人都認為這是兩顆不同的天體，凌晨的被稱為磷光體，日落後的才稱為金星（Hesperus）。
羅馬人稱凌晨方位的金星為曉星（Lucifer），字面上的意思是光明使者，晚上的是金星（Vesper），兩者都是承襲希臘名字字面上的翻譯。
首次觀測金星凌日是在1032年，觀測者是波斯天文學家阿維森納，它因此認為金星比地球更靠近太陽，並且認為金星，至少有些時候，是低於太陽。在12世紀，安達盧西亞的天文學家Ibn Bajjah觀察到兩顆行星像黑點一樣的從太陽表面經過。後來，13世紀馬拉蓋的天文學家Qotb al-Din Shirazi認定是金星和水星的凌日。在1639年12月4日（以當時的儒略曆是1639年11月24日），傑雷米亞·霍羅克斯和它的朋友威廉·克萊布崔，在他們自己各自的住宅都觀測了金星凌日。
在17世紀，義大利物理學家伽利略首次觀察到這顆行星時，發現它和月球一樣有著相位變化，從眉形到凸月然後滿月，之後再反過來變化。當金星的距角最大時，它呈現半圓形；離太陽最近時（距角最小）顯示新月或滿月的圓形。只有金星環繞太陽運轉才有這種可能，這是首度觀測到與托勒密的地心模型，地球居於同心圓的太陽系中心矛盾的現象。
在1761年，俄羅斯的學者羅蒙諾索夫發現金星的大氣層。德國天文學家約翰·羅特在1790年也觀測到金星的大氣層。羅特發現這顆行星呈現彎彎的月牙形時，月牙的尖頂延長超過180度。他正確的推論這是因為陽光在稠密的大氣層中散射。後來，美國天文學家萊曼觀測到在內合時，在黑暗的一側有完整的光環圍繞著，進一步提供存在大氣層的證據 義大利出生的天文學家卡西尼和羅特，努力觀察金星表面複雜的大氣層在金星表面標示出的標記，不正確的估計金星的自轉週期為24 小時。

地形地貌

在金星表面的大平原上有兩個主要的大陸狀高地。北邊的高地叫伊師塔地，擁有金星最高的「馬克士威山脈（大約比喜馬拉雅山高出兩公里）」，它是根據詹姆斯·克拉克·馬克士威命名的。馬克士威山脈包圍了拉克西米高原。伊師塔地大約有澳大利亞那麼大。南半球有更大的阿佛洛狄忒陸，面積與南美洲相當。這些高地之間有許多廣闊的低地，包括有阿塔蘭塔平原低地、圭尼維爾平原低地以及拉維尼亞平原低地。除了馬克士威山脈外，所有的金星地貌均以現實中的或者神話中的女性命名。由於金星濃厚的大氣讓流星等天體在到達金星表面之前減速，所以金星上的隕石坑都不超過3.2公里。
大約90%的金星表面是由不久之前才固化的玄武岩熔岩形成，當然也有極少量的隕石坑。這表明金星近來正在經歷表面的重新構築。金星的內部可能與地球是相似的：半徑約3000公里的地核和由熔岩構成的地函組成了金星的絕大部分。來自麥哲倫號的最近的數據表明金星的地殼比起原來所認為的更厚也更堅固。可以據此推測金星沒有像地球那樣的可移動的板塊構造，但是卻有大量的有規律的火山噴發遍布金星表面。金星上最古老的特徵僅有8億年歷史，大多數地區都相當年輕（但也有數億年的時間）。最近的發現表明，金星的火山在隔離的地質熱點依舊活躍。
金星本身的磁場與太陽系的其它行星相比是非常弱的。這可能是因為金星的自轉不夠快，其地核的液態鐵因對流產生的磁場較弱造成的。這樣一來，太陽風就可以毫無緩衝地撞擊金星上層大氣。最早的時候，人們認為金星和地球的水在量上相當，然而，太陽風的攻擊已經讓金星上層大氣的水蒸氣分解為氫和氧。氫原子因為質量小逃逸到了太空。金星上氘（氫的一種同位素，質量較大，逃逸得較慢）的比例似乎支持這種理論。而氧元素則與地殼中的物質化合，因而在大氣中沒有氧氣。金星表面十分乾旱，所以金星上的岩石要比地球上的更堅硬，從而形成了更陡峭的山脈、懸崖峭壁和其它地貌。
另外，根據探測器的探測，發現金星的岩漿裡含有水。

人類探索

在太空探測器探測金星以前，有的天文學家認為金星的化學和物理狀況和地球類似，在金星上發現生命的可能性比火星還大。1950年代後期，天文學家用無線電望遠鏡第一次觀測了金星的表面。第一個機器人太空探索的金星任務，並且是首次探索任何星球，開始於1961年2月12日發射的金星1號探測器。從1961年起，蘇聯和美國向金星發射了30多個探測器，從近距離觀測，到著陸探測。
日本宇宙航空研究開發機構（JAXA）在2010年5月發射的金星探測器「破曉號」，原定在2010年12月7日進入金星軌道，但「破曉號」開始進行引擎反向噴射、準備減緩速度進入金星軌道時，通訊設備卻發生故障，與地面指揮中心短暫失去聯絡，以至於引擎停擺，與金星擦身而過。「破曉號」必須等到2016年後才能再度接近金星軌道，運作小組表示，屆時「破曉號」若仍完好無損，將再次挑戰。在飛行器繞太陽五年之後，工程師們通過點火其姿態控制推進器20分鐘而進入一個替代的橢圓形金星軌道，JAXA於2015年12月9日下午六點宣布破曉號於2015年12月7日成功進入金星軌道。