Equatorial jet in the lower to middle cloud layer of Venus revealed by Akatsuki
金星的大气层处于超旋转状态，盛行的西风比行星的旋转速度快得多。金星被厚厚的云层覆盖，从大约45公里到70公里的高度延伸，但是从低层大气和金星背面的表面发出的热辐射在近红外的狭窄光谱窗口处逃逸到太空。辐射可以用来估计风，通过跟踪低云和中云地区低于约57公里的高度的轮廓。低纬度到中纬度地区的风速估计值在50米/秒到70米/秒之间，或者在整个纬度地区几乎保持不变，或者在中纬度地区风速达到峰值。在这里，我们报告了使用Akatsuki轨道器在2016年7月和8月期间拍摄的IR 2相机图像在低纬度超过80 m/s的风的检测。围绕行星自转轴的角速度在赤道附近达到峰值，我们认为这与赤道喷流一致，这是以前在金星大气中没有观察到的特征。产生这种喷气式飞机的机制尚不清楚。我们的观测揭示了低层和中层云区纬向流的变化，这可能为金星大气超旋的动力学提供线索。
2017-09-07 astro-ph.EP physics.ao-ph
A Long-lived Sharp Disruption on the Lower Clouds of Venus
行星尺度的波被认为在驱动金星大气层的尚无法解释的超旋转中发挥了作用。令人困惑的是，虽然开尔文波、罗斯比波和定常波出现在上层云（65- 70公里），但在下层云（48- 55公里）的中间层却没有行星尺度的波或定常模式的报道，尽管后者可能是Lee波。利用Akatsuki轨道飞行器和地面望远镜的观测，我们表明，较低的云层遵循一个有规律的周期，在30 $^{\circ}$ N-40 $^{\circ}$ S之间被一个尖锐的不连续性或中断打断，对金星的大气环流和热结构有潜在的影响。这种破坏表现出一个向西旋转的周期$\sim$ 4.9天，比这个级别的风（$\sim$ 6天周期）快，改变了云的属性和气溶胶，并在几周内保持连贯。过去的观测揭示了它至少从1983年以来的周期性，数值模拟表明，非线性开尔文波再现了它的许多性质。
2020-05-27 astro-ph.EP physics.ao-ph
Nightside Winds at the Lower Clouds of Venus with Akatsuki/IR2: Longitudinal, local time and decadal variations from comparison with previous measurements
我们介绍了2016年JAXA Akatsuki任务观测的金星夜侧低云风速测量结果，并补充了2012年TNG/NICS和2015年和2017年IRTF/SpeX获得的地面观测的新风测量结果。风的纬向和纬向分量是通过云跟踪来测量的，这些云跟踪来自相机IR 2使用2.26- $\mathrm{μm}$滤波器获得的总共466张金星Akatsuki图像，空间分辨率范围为每像素10- 80 km，覆盖时间为2016年3月22日至10月31日。通过自动模板匹配技术获得了超过149，000个风矢量，并通过手动程序推断了2，947个风矢量。风的两个分量的纬向廓线被认为是一致的金星快车任务在2006- 2008年期间的结果，虽然更强的风变率被发现在赤道纬度的纬向分量，晓观测有更好的观察几何比金星快车。低纬度的纬向风也表明了一种纬向变化，这种变化可能与太阳潮汐或垂直传播的地形波有关。最后，我们从TNG/NICS，IRTF/SpeX和Akatsuki图像中测量的风与先前公布的数据相结合，并基于1978年至2017年的数据，表明金星夜面较低云层的风的变化高达30 m s $^{-1}$。
2018-12-10 astro-ph.EP physics.ao-ph
Exploring the Venus global super-rotation using a comprehensive General Circulation Model
众所周知，金星的大气环流表现出强烈的超旋转。然而，造成这种超级旋转的大气机制仍然没有完全了解。在这项工作中，我们开发了一个新的金星大气环流模型，以研究最可能的机制驱动大气到目前观察到的环流。我们的模型包括一个新的辐射转移，对流和适当调整的边界层计划和一个动态的核心，考虑到在恒定压力下的热容与温度的依赖关系。新的金星模型能够模拟云区的超旋转现象，在数量上与观察到的相似。模式结果表明，维持云区强风的机制是纬向平均环流、热潮汐和瞬变波的共同作用。在这一过程中，在上层云层中激发的半日潮对主要从高层大气向云区输送轴向角动量起了关键作用。云区的超旋转的大小对各种辐射参数敏感，例如由表面吸收的太阳辐射能量的量，这控制了表面附近的静态稳定性。在这项工作中，我们还讨论了在金星大气模型中表示云底以下的流动的主要困难。我们的新的辐射方案是更适合于三维金星气候模式比以前的工作中使用的，由于它容易适应不同的大气条件。该模型的这种灵活性对于探索低层大气条件的不确定性至关重要，今后也可用于探索动态辐射微物理反馈等问题。
2016-09-21 astro-ph.EP physics.ao-ph
Vientos, Turbulencia y Ondas en las Nubes de Venus
这篇博士论文包括对金星的大气动力学的研究，数据来自两个空间任务：伽利略任务和金星快车。具体地说，利用不同波长获得的图像研究了云层在大气不同垂直高度的运动，从而能够跟踪地球的全球大气动力学。在这篇论文中，同时测量的三维结构的风的第一次，发现和分析不同来源的时间变化，如热波产生的太阳辐射，全球振荡的风速和变化的周期，从几个月到几年。此外，还对金星云和大气湍流的空间尺度进行了研究。在金星快车上搭载的VIRTIS仪器拍摄的高空间分辨率图像中，也可以在金星较低的云层上看到频繁的周期性图案。最后分析了重力波的特征及其在金星大气动力学中的作用。
2018-10-12 astro-ph.EP physics.ao-ph
Day-night cloud asymmetry prevents early oceans on Venus but not on Earth
地球上有海洋已经有将近40亿年了，火星上有湖泊和河流35 - 38亿年前。然而，水是否曾经在金星表面凝结仍然是个未知数，因为这颗行星-现在已经完全干燥-经历了全球性的表面重塑事件，掩盖了它的大部分历史。水最初在太阳系类地行星表面凝结所需的条件是高度不确定的，因为迄今为止只使用一维数值气候模型进行研究，无法解释大气环流和云的影响，而这些是关键的气候稳定因素。在这里，我们使用三维全球气候模型模拟早期金星和地球的水云-这优先形成在夜面，由于强烈的太阳下水蒸气吸收-有一个强大的净变暖效应，抑制地表水冷凝，即使在温和的日照（低至325 W/m2，即0.95倍的地球太阳常数）。这表明水从未凝结，因此，金星表面从未形成海洋。此外，这表明地球海洋的形成需要比今天低得多的日照，这是由于年轻的太阳微弱。这也意味着现今地球存在另一种稳定状态：“蒸汽地球”，所有来自海洋的水都蒸发到大气中。
2021-10-17 astro-ph.EP physics.ao-ph
A Fast, Semi-analytical Model for the Venusian Binary Cloud System
金星云起源于H $_{2}$ SO $_{4}$和H $_{2}$ O的二元凝聚。这两种成分通过化学和云的形成相互作用。以前的工作采用复杂的微物理方法来理解云。在这里，我们表明，所观察到的金星上的蒸汽和云的分布可以很好地解释了一个半分析模型。我们的模式假设了水蒸气的局部热力学平衡，但不考虑硫酸蒸气，并考虑了云凝结和酸度对蒸气分布的反馈。该模型预测强过饱和的H $_{2}$ SO $_{4}$蒸气60公里以上，与我们最近的云凝结模型。半解析模型比凝聚模型快100倍，比微物理模型快1000倍。这使我们能够快速探索硫酸气云系统的大参数空间。结果表明，高空云质量负荷对低层大气水汽混合比的响应与低层云质量负荷的响应相反。水蒸气的输送对各层云的酸度都有影响，而硫酸蒸气的输送只在低层云中起主导作用。这个云模型足够快，可以与气候模型和化学模型相结合，以了解金星和金星类太阳系外行星的多云大气。
2022-07-21 astro-ph.EP
Context images for Venus Express radio occultation measurements: A search for a correlation between temperature structure and UV contrasts in the clouds of Venus
本文利用金星快车射电掩星和紫外图像数据，发现低纬度65–70公里高度处紫外亮度与大气温度可能存在反相关，为金星云层紫外对比度与热结构的直接联系提供了首个观测证据。
2025-02-07 astro-ph.EP
3D Global climate model of an exo-Venus: a modern Venus-like atmosphere for the nearby super-Earth LP 890-9 c
研究利用含 H₂SO₄ 云的现代金星类 3D-GCM 模拟潮汐锁定超级地球 LP 890-9 c，量化其温度、透射光谱与相位曲线，指出 JWST 探测现代系外金星的难度及云的关键作用。
2023-11-08 astro-ph.EP physics.ao-ph
Revisiting the Sulfur-Water Chemical System in the Middle Atmosphere of Venus
硫-水化学在金星的中层大气中起着重要的作用。地面观测发现，在64公里处同时观测到的SO2和H2O随时间变化，并且在时间上是反相关的。为了理解这些观测结果，我们使用一维化学扩散模型来探索硫-水化学系统。我们发现，SO2和H2O的混合比以上的云是高度依赖于这两个物种的混合比在中间云顶（58公里）。硫-水化学体系的行为可分为三个区，但各区之间不存在突变。特别地，不存在如先前所声称的分叉行为。我们还发现，SO2的自屏蔽效应导致H2O的云上方的响应中云顶在一个非单调的方式。通过与观测资料的比较，我们发现，在云顶中部混合比的变化可以解释观测到的SO2和H2O的变化。中层大气中的硫-水化学是造成64 km处H_2 O-SO_2反相关的主要原因。涡动输运的变化不能单独解释这两个物种的变化。这些结果表明，低层大气过程对中层大气物种丰度的变化有显著的影响。继续对云层上方SO2和H2O的共同演变进行地面测量以及新的航天器任务对于揭示金星低层大气、云层和中层大气之间相互作用的复杂过程至关重要。
2020-06-16 astro-ph.EP physics.ao-ph
Venus Cloud Research: Progress and Perspectives
本文系统回顾了金星云性质的观测结构、微物理与简化云模型进展，并针对耦合效应、紫外吸收和宜居性等挑战提出解决方案，为未来金星探测提供方向。
2025-06-06 astro-ph.EP
Effect of clouds on emission spectra for Super Venus
我们报告一个模型研究云的影响，发射光谱的超级金星行星。我们的目标是评估可能的方法来识别由于云的特征光谱特征。我们表明，它是可以区分的H2SO 4云的CO2吸收带的影响在4.8微米的温度分布和没有逆温。逆温有助于区分高空云（85 km，~1 mbar）的信号。在高空（85 km，~1 mbar）的无逆温的温度廓线云中，发现了无逆温的发射谱。随着云顶高度的降低，发射光谱中出现更多的光谱特征。云的致密性对发射光谱的影响与云顶高度相反。小的云尺度高度降低了信号，并且CO2吸收带变得平坦。
2021-12-08 astro-ph.EP
Venus' Mass Spectra Show Signs of Disequilibria in the Middle Clouds
我们提出了一个重新检查的质谱数据从先锋金星大探针中性质谱仪。我们对不同微量化学物质的解释暗示了金星中间云层的氧化还原不平衡。数据（在51.3公里处）的杂质包括磷化氢、硫化氢、亚硝酸、硝酸、一氧化碳、盐酸、氰化氢、乙烷，以及潜在的氨、亚氯酸和几种暂定的PxOy物质。所有母离子的预测后，分配相应的碎裂产物，同位素，和原子种类。这些数据揭示了处于不同氧化态的母离子，这意味着云中存在还原能力，并阐明了尚未发现的化学物质的潜力。当考虑金星云的假设可居住性时，这些任务揭示了厌氧磷代谢（磷化氢）的潜在特征，它是无氧光合作用（亚硝酸盐）的电子供体，也是氮循环的主要成分（硝酸盐，亚硝酸盐，氨和N2）。
2021-02-06 astro-ph.EP
Simulating Venus' Cloud Level Dynamics Using a Middle Atmosphere General Circulation Model
金星大气层的特点是强烈的超旋转，其中云层高度的风速约为表面旋转速率的60倍。这种强烈的超旋转的原因仍然没有得到很好的理解。厚云层下面的大气运动很难远距离确定，40公里高度以下的环流现场测量也很少。到目前为止，还没有一个模型能够模拟出在地表和云层之间的稠密大气中的超旋转风，其大小可以与进入探测器测量的大小相媲美。然而，关于金星大气动力学和环流的重要信息可以通过研究云层中的大气层来确定，那里的测量比云下区域要多得多，包括金星快车和Akatsuki任务期间最近进行的许多观测。本文介绍了一个新的金星中层大气环流模式（VMM），用于研究云层高度大气动力学。该模型模拟了从云层下方到大约95公里高度的大气层。我们目前的模拟使用VMM与一个简化的牛顿冷却辐射计划。进行了敏感性研究，以确定模型参数的最适当值，并通过与观测结果（包括Venus Express和Akatsuki的观测结果）进行比较，验证了模型。经过验证的模型提供了一些限制参数，这些参数在边界附近测量得很差，例如平均风和温度，并为进一步研究金星云层大气的动力学提供了基础。在未来的研究中，我们还将调查大气波的影响，如开尔文波和罗斯贝波，以确定它们在所有纬度产生知之甚少的云层结构中所起的作用。
2019-02-02 astro-ph.EP
Astrobiological Potential of Venus Atmosphere Chemical Anomalies and Other Unexplained Cloud Properties
本研究梳理金星大气中多种热力学非平衡气体、云颗粒未知组成等未解化学异常，探讨其天体生物学意义，阐明这些异常对未来金星天体生物学探测任务的推动作用。
2024-01-09 astro-ph.EP
Photochemistry of Venus-Like Planets Orbiting K- and M-Dwarf Stars
与系外行星的多样性相比，金星是地球的一个名副其实的天体物理双胞胎，但它的全球云层截断了透射光谱的特征，掩盖了它的非地球性质。因此，能够区分金星外和地球外的观测指标必须在云层之上存在。云上的大气主要由光化学作用所控制，光化学作用取决于主星的光谱，因此在恒星系统之间会发生变化。我们探索的系统性变化的光化学类金星系外行星绕K-矮星或M-矮星宿主恒星的云，使用最近验证的模型的完整的金星大气层（0-115公里）和恒星光谱从MUSCLES财政部调查。SO2、OCS和H2S是类金星行星中的关键气体种类，它们在类地球行星中不存在，因此如果它们的大气丰度足够高，可以作为观测判别。我们发现，SO2，OCS和H2S都生存在云层上方时，最冷的K-矮星和所有7个M-矮星的照射，而这些物种是严重的光化学消耗以上的金星的云层。形成云层的硫酸分子的产生量随着恒星有效温度的降低而减少。随着恒星有效温度的降低，稳态光化学氧和臭氧的形成减少，氯催化反应循环的影响减少，有利于HOx和SOx催化循环。我们的结论是，微量硫气体将是主要的观测指标金星类系外行星周围的M-矮星的主机恒星，可能能够区分一个exo-Venus从exo-Earth。
2021-08-12 astro-ph.EP
A stringent upper limit of the PH$_3$ abundance at the cloud top of Venus
继宣布在金星云层中检测到毫米波长的磷化氢（PH $_3$）后，我们在红外范围内搜索了该分子的其他可能特征。自2012年以来，我们一直在各种波长的热红外线中观测金星，以监测SO $_2$和H $_2$ O在云顶的行为。我们已经确定了2015年3月在950 cm $^{-1}$附近记录的光谱间隔，其中存在PH $_3$跃迁。从没有任何功能，在这个频率，我们得出，在磁盘集成的频谱，3- $σ$上限为5 ppbv的PH $_3$混合比，假设是恒定的整个大气。这个极限比在毫米波长处导出的盘集成混合比低4倍。我们的结果带来了一个强有力的约束最大PH $_3$丰度在云顶和低中间层的金星。
2020-10-15 astro-ph.EP
Venus' Atmospheric Chemistry and Cloud Characteristics Are Compatible with Venusian Life
该研究反驳金星云层完全不适宜生命存在的观点，提出基于地球生命物理原理，金星环境可支持特定形式生命，且其生物量可被未来天体生物学任务探测，论证了开展相关探测设计的科学价值。
2023-06-12 astro-ph.EP
A mirage of the cosmic shoreline: Venus-like clouds as a statistical false positive for exoplanet atmospheric erosion
JWST对类金星大气的近期研究有望推进我们对类地行星演化的认识。然而，对太阳系中金星的远程研究和正在进行的描述气态系外行星特征的努力都表明，高空气溶胶可能会限制对低层大气的观测研究，并可能使将系外行星识别为“类金星”变得具有挑战性。为了支持JWST外金星表征的实用方法，我们使用金星大气模型与七个TRAPPIST-1系外行星的自洽云形成来研究可以使用透射和发射光谱探测的大气深度。我们发现，JWST/MIRI LRS二次日食发射光谱在6 $μ$ m的不透明窗口可以探测至少一个数量级更深的压力比透射光谱，可能允许访问的两个热的最内层TRAPPIST-1行星的云下大气。此外，我们还发现了硫酸气溶胶的两个干扰效应，这可能对用透射光谱表征类地系外行星具有重要意义：（1）在产生观测光谱连续体时，云顶和固体表面之间存在模糊性;（2）云的形成区域沿半长轴高度下降，导致可观测云顶压力随恒星日照减少而增加。总之，这些影响可能会产生一种趋势，即在较低的恒星日照下观察到较厚的大气层-一个令人信服的大气逃逸假阳性和一个经验性的“宇宙海岸线”。然而，发展观测和理论技术来识别金星类系外行星，并将它们与恒星风吹世界区分开来，将使陆地比较行星学这一新兴领域取得进展。
2019-11-20 astro-ph.EP
Venus wind map at cloud top level with the MTR/THEMIS visible spectrometer. I. Instrumental performance and first results
太阳光在金星大气层的云顶散射，在可见光范围内，相当于67公里的高度。我们目前的多普勒速度测量进行的高分辨率光谱仪MTR的太阳望远镜THEMIS（泰德天文台，加那利岛）的钠D2太阳线（5890 <$）。由于多云天气，观测只持续了49分钟。然而，我们可以评估仪器的速度灵敏度，31米/秒每像素的1弧秒，并给出一个值的纬向风在赤道的振幅为151 +/- 16米/秒。
2010-11-11 astro-ph.EP
Characterising atmospheric gravity waves on the nightside lower clouds of Venus: a systematic analysis
我们目前的探测和表征的中尺度波的低层云层的金星使用的图像从可见光红外热成像光谱仪板载欧洲金星快车航天任务和2 $μ$米相机（IR 2）仪器板载日本航天任务晓。我们使用基于对比度增强和几何投影的图像导航和处理技术来描述所检测到的波的形态特性，例如水平波长和波峰与波谷之间的相对光学厚度下降。此外，我们进行了相速度和轨迹跟踪的波包。我们结合这些观测结果，推导出波的其他特性，例如检测到的包的垂直波长。我们的观测包括从2007年8月到2008年10月的13个月的数据，以及2016年1月到11月的整个IR 2可用数据集。我们在金星地球的广阔区域内的5500多张图像中描述了近300个波包。我们的研究结果显示了广泛的特性，不仅与以前的观测结果一致，而且还扩展了它们，利用了两种仪器在多个时期针对金星的同一云层。一般来说，在夜面低云上观测到的波比在上云上报道的重力波的尺度大。本文的目的是提供一个更深入的了解大气重力波的低云，并使后续工作的影响，在大气环流的金星。
2021-05-11 astro-ph.EP
Six years of Venus winds at the upper cloud level from UV, visible and near infrared observations from VIRTIS on Venus Express
本研究利用金星快车VIRTIS-M六年多波段光谱数据，通过半自动云相关算法分析上层云风场，验证了此前观测结论，发现紫外云顶纬向风存在长期加速，且哈得来环流上层分支有特定时空分布特征。
2024-01-30 astro-ph.EP
Global maps of Venus nightside mean infrared thermal emissions obtained by VIRTIS on Venus Express
金星大气层的一个显著特征是其时间变化和动力学，具有混乱的极涡，大尺度大气波，剪切特征，以及取决于当地时间和可能的地形特征的可变风。这项研究的目的是结合几年来积累的数据，利用云的不透明度和上层云的温度，获得全球大气的平均状态，重点是云的全球结构。我们首先使用通过以1.74μm和2.25μm为中心的红外大气窗口的积分辐射率制作了全球地图，该地图显示了44-48 km高度附近低云层中云不透明度的空间变化，并提供了可能的颗粒大小的间接估计。我们还使用3.8μm和5.0μm热区域的亮温制作了类似的全球地图，这些亮温提供了60-70 km高度附近云层顶部温度的直接指示。这些地图是使用金星快车上可见光和红外热成像光谱仪测绘通道（VIRTIS-M）的完整数据集生成的，涵盖了2006年5月至2008年10月期间的广泛空间和长期时间。我们的研究结果提供了一个全球性的云不透明度，粒子大小和上层云温度在两个半球，显示了主要的不同动力学区域的行星。所获得的配置文件还提供了与纬度，当地时间和经度的详细依赖关系，诊断全球环流和动力学在不同的高度层，从约44至70公里的表面。
2020-02-29 astro-ph.EP
On The Biomass Required To Produce Phosphine Detected In The Cloud Decks Of Venus
在金星大气中检测到的磷化氢丰度为$\sim 20$ ppb，表明这种气体是由不确定的非生物途径或生物过程产生的。我们考虑后一种可能性，并探讨是否需要产生所观察到的磷化氢通量的生物量可能是合理的。我们估计，我们的简单模型预测的典型的生物量密度是潜在的数量级低于低层大气中地球的空中生物圈的生物量密度。我们简要讨论了小型航天器如何对金星云层进行采样并寻找生物标志物。
2020-09-29 astro-ph.EP astro-ph.IM
Radiometry for Nighttime Sub-Cloud Imaging of Venus' Surface in the Near-InfraRed Spectrum
本研究通过云顶观测、温度假设、吸收发射建模与瑞利散射模拟评估金星夜间近红外云下成像的辐射限制，确认适中相机即可实现高分辨率表面成像。
2023-04-21 astro-ph.EP
Proposed energy-metabolisms cannot explain the atmospheric chemistry of Venus
金星云层中的生命，如果数量足够多，一定会影响大气化学。据推测，丰富的金星生命可以通过三种可能的硫能量代谢从环境中获得能量。这些新陈代谢增加了金星神秘的云层SO $_2$ -耗尽是由生命引起的可能性。我们在这里耦合每一个建议的能量代谢的光化学动力学代码和自相一致的预测金星的大气组成的情况下，生活产生所观察到的SO $_2$ -耗尽。使用这种光-生物-化学动力学代码，我们表明，所有三种代谢都可以产生SO $_2$ -耗尽，但这样做违反了其他观测约束金星的大气化学。我们计算的最大可能的生物量密度的硫代谢生命在云，违反观测约束之前，是$\sim10^{-5}\,-\,10^{-3}\,{\rm mg\,m^{-3}}$。所采用的方法同样适用于类金星系外行星上的空中生物圈，这些行星在不久的将来最适合进行大气表征。
2022-06-13 astro-ph.EP
Global structure of thermal tides in the upper cloud layer of Venus revealed by LIR onboard Akatsuki
Akatsuki上的长波红外相机（LIR）首次揭示了金星上层云层中热潮汐的全球结构。这些数据是在三个金星年内获得的，分析是在两个半球从赤道到中纬度的地区和整个当地时间进行的。通过比较两个不同发射角的数据，分析了两个垂直高度的热潮汐。确定了潮汐组成的动力波模式;全日潮主要由Rossby波和重力波模式组成，而半日潮主要由重力波模式组成。揭示的垂直结构与上述波型大致一致，但如果假定波是单色的，则仍存在一些差异。反过来，激发潮汐波的加热剖面可以被限制以匹配这种差异，这将大大推进对金星大气的理解。
2019-08-18 astro-ph.EP
A Simple Condensation Model for the H2SO4-H2O Gas-cloud System on Venus
目前金星的气候很大程度上是由硫酸（H2SO 4）和水（H2O）的二元冷凝所形成的全球覆盖的浓硫酸云调节的。为了理解这一复杂的H2SO 4-H2O气云系统，以往的理论研究要么采用复杂的微物理计算，要么假设H2SO 4和H2O蒸气都遵循其饱和蒸气压。在这项研究中，我们开发了一个简单的一维云凝结模式，包括凝结，扩散和沉降的H2SO 4和H2O，但没有详细的微物理。我们的模型是能够解释观测到的垂直结构的云和高层阴霾的质量负荷，云的酸度，H2SO 4，和H2O蒸汽，和模式2的粒子大小在金星上。我们发现，大多数H2SO 4是在48公里以上的凝结相存储，而水之间的蒸汽和云的分配是复杂的。云循环主要是由H2SO 4的蒸发和冷凝而不是H2O驱动的，比H2SO 4光化学循环强约7倍。在高空云层中，大部分凝结的H2O在下落的粒子到达中间云层之前就被蒸发了。云的酸度受温度和H_2SO_4、H_2O的凝结-蒸发循环的影响。由于大量的H2SO 4蒸气的化学产物和相对低效的云凝结，模拟的60公里以上的H2SO 4蒸气在很大程度上是过饱和的两个数量级以上，这可以通过未来的观测来检验。
2022-07-21 astro-ph.EP
Phosphine Gas in the Cloud Decks of Venus
对行星大气中微量气体的测量有助于我们探索与地球上不同的化学条件。我们最近的邻居，金星，有温和但超酸性的云层。我们报告了金星大气中明显存在的磷化氢（PH 3）气体，其中任何磷都应该以氧化形式存在。来自JCMT和ALMA望远镜的单线毫米波段光谱探测（质量高达~15 sigma）没有其他合理的识别。据推测，大气中的PH 3丰度约为十亿分之二十。在对稳态化学和光化学途径进行详尽研究后，磷化氢的存在无法解释，目前在金星大气、云层、地表和地下，或闪电、火山或陨石输送中没有已知的非生物生产途径。磷化氢可能来自未知的光化学或地球化学，或者，通过类比地球上的磷化氢生物生产，来自生命的存在。应寻找PH 3的其他光谱特征，而现场云和地面取样可检查这种气体的来源。
2020-09-14 astro-ph.EP
Three-Dimensional Venus Cloud Structure Simulated by a General Circulation Model
本研究利用大气环流模型模拟金星云层三维结构，揭示其受化学生产与经向环流共同影响，云顶随纬度升高而降低，为理解金星气候提供新视角。
2024-07-22 astro-ph.EP physics.space-ph
Venus upper clouds and the UV-absorber from MESSENGER/MASCS observations
关于金星大气层最有趣的长期问题之一是未知紫外线吸收剂的起源和分布，负责在金星光谱的近紫外线和蓝色范围内检测到的吸收带。在这项工作中，我们使用的数据收集的MASCS摄谱仪上的信使号任务在2007年6月第二次金星飞越来解决这个问题。光谱范围从0.3 μm到1.5 μm，包括一些气态H2O和CO2带，以及部分SO2吸收带和紫外吸收核心。我们使用的NEMESIS辐射转移代码和检索套件，调查在赤道大气中的粒子的垂直分布，并检索假想的紫外线吸收剂的折射率，假设是很好地混合与金星的小模式-1粒子。结果表明，赤道大气是均匀的，云顶（单位光学厚度的高度）在地面以上75+/-2公里处。紫外吸收中心在0.34 ± 0.03 μm，半高宽为0.14 ± 0.01 μm。我们的值与以前的候选人的紫外线气溶胶吸收剂，其中二氧化二硫（S2 O）和二氧化二硫（S2 O2）提供了最好的协议与我们的结果进行了比较。
2018-01-11 astro-ph.EP
Altered Cosmic Organics as Venus' Ultraviolet Absorbers
California State Polytechnic University, Pomona（加州州立理工大学波莫纳分校）；Blue Marble Space（蓝色大理石空间研究所）；Arizona State University（亚利桑那州立大学）；NASA Goddard Institute for Space Studies（美国宇航局戈达德太空研究所）；Uppsala University（乌普萨拉大学）；University of Wisconsin, Madison（威斯康星大学麦迪逊分校）
本研究提出金星紫外线吸收剂的统一起源，为经改变的彗星尘埃，由多环芳烃与含铁化合物按高度依赖途径构成，匹配其光谱，明确了相关组成与形成过程。
2026-08-13 astro-ph.EP
Hydroxide salts in the clouds of Venus: their effect on the sulfur cycle and cloud droplet pH
在金星云层（45 - 65公里）内和云层上方SO $_2$和H $_2$ O的耗尽不能用已知的气相化学和观测到的大气成分来解释。我们应用金星的全大气模式来研究SO $_2$和H $_2$ O损耗的三种可能的解释：（1）改变云下的水蒸气（H $_2$ O），（2）改变云下的二氧化硫（SO $_2$），（3）硫酸云液滴内部的化学反应的结合。我们发现，增加云下的H $_2$ O来解释SO $_2$耗尽的结果在云顶是20公里太高，云上O $_2$三个数量级大于观测上限和没有SO 80公里以上。SO $_2$的减少可以通过云下SO $_2$减少到$20\,{\rm ppm}$来解释。如果液滴中含有氢氧化物盐，那么SO $_2$在云中的消耗也可以通过SO $_2$溶解到云中来解释。这些盐缓冲了云的pH值。盐的量足以解释SO $_2$的消耗，需要在50公里处的液滴pH值为$\sim 1$。由于硫酸不断地凝结到云滴中，因此必须有一个连续和普遍的$\approx 10^{-13} \, {\rm mol \, cm^{-2} \, s^{-1}}$盐通量来驱动云滴化学。大气探测器可以通过测量云滴的pH值和云层下的气相SO $_2$浓度来检验这两种解释。
2021-04-23 astro-ph.EP
Ammonia and Phosphine in the Clouds of Venus as Potentially Biological Anomalies
我们认为，金星大气层中的几个异常现象提供了未知过程和系统失去平衡的证据。对金星上这些异常现象的调查应该是开放的，可以有各种各样的解释，包括未知的生物活动。我们提供了两个异常的概述，氨和磷化氢在金星大气中的试探性检测。这些异常现象与金星大气层必须处于化学氧化还原平衡的默认假设背道而驰，这一假设与金星没有生命的信念有关。然后，我们讨论了过去在天文学、生物学和地质学方面的几个重大发现，这些发现导致许多科学家放弃了某些假设，好像它们是公认的原则。金星大气中氨和磷化氢的异常是在这些历史发现的背景下发现的。这一背景支持了我们的观点，即社区对这些异常现象的探索持怀疑态度，将增加对金星大气层以及行星环境的多样性和经常奇怪的性质做出深刻发现的机会。
2022-11-14 astro-ph.EP astro-ph.IM
Long-term variations of Venus' 365-nm albedo observed by Venus Express, Akatsuki, MESSENGER, and Hubble Space Telescope
金星云顶附近的一个未知吸收体产生了从紫外线（UV）到可见光的广泛吸收特征，峰值约为360 nm，因此在太阳能吸收中起着关键作用。我们提出了一个定量研究的变化的云在365 nm和金星的太阳能加热率的基础上分析金星快车和晓的紫外图像，哈勃太空望远镜和信使号的紫外光谱数据，在此分析中的校准校正因子的紫外图像的金星快车（VMC）更新相对于哈勃和信使号的紫外测量。我们的研究结果表明，从2006年到2017年，整个地球上365 nm的太阳辐射量变化了2倍，根据我们的辐射转移计算，低纬度太阳加热率发生了25-40%的变化。因此，云顶大气层在这段时间内应该经历了相当大的太阳加热变化。我们的全球环流模式计算表明，这种可变的太阳加热率可以解释2006年至2017年观测到的纬向风变化。长期紫外线辐射和太阳活动变化的时间尺度重叠，这使得太阳极端紫外线强度和宇宙射线变化影响观测到的紫外线辐射趋势似乎是合理的。大气环流的变化也可能与高空SO2气体丰度的时间变化有关，后者影响H2SO 4-H2O气溶胶的形成。
2019-07-23 astro-ph.EP
Stability of 20 Biogenic Amino Acids in Concentrated Sulfuric Acid: Implications for the Habitability of Venus' Clouds
本研究测试了20种生物氨基酸在金星云层浓硫酸环境中的稳定性，发现19种氨基酸主链保持完整，表明浓硫酸溶剂可能支持生物化学过程，为金星云层宜居性提供了新证据。
2024-01-05 astro-ph.EP physics.chem-ph
Claimed detection of PH$_3$ in the clouds of Venus is consistent with mesospheric SO$_2$
在金星光谱中观察到的266.94 GHz特征被归因于金星云中的PH $_3$，这表明了意想不到的地质，化学甚至生物过程。由于PH $_3$和SO $_2$在266.94 GHz附近都是光谱活性的，因此在将SO $_2$对该谱线的贡献全部或部分归因于PH $_3$之前，必须确定SO $_2$对该谱线的贡献。未检测到的SO $_2$参考线，解释为意外低SO $_2$丰度，表明266.94 GHz特征可能主要归因于PH $_3$。然而，低SO $_2$和PH $_3$在云层中的推论构成了明显的矛盾。在这里，我们使用辐射转移模型来分析PH $_3$的发现，并探讨不同的垂直分布的PH $_3$和SO $_2$的可探测性。我们发现266.94 GHz谱线不是起源于云层，而是起源于80 km以上的金星中间层。这种谱线的形成水平与假设金星云层中产生PH $_3$的化学模型不一致。鉴于PH $_3$在金星中间层的化学寿命极短，要维持20 $\pm$ 10 ppb的观测值，需要一个难以置信的高源通量。我们发现，典型的金星SO $_2$的垂直分布和丰度符合JCMT 266.94 GHz的功能，和由此产生的SO $_2$参考线在267.54 GHz的ALMA数据将仍然无法检测到由于线稀释。我们的结论是，名义中层SO $_2$是一个更合理的解释JCMT和ALMA数据比PH $_3$。
2021-01-25 astro-ph.EP astro-ph.IM
Venus cloud morphology and motions from ground-based images at the time of the Akatsuki orbit insertion
我们报告了金星在2015年6月和10月的两个最大伸长率周围的图像观测。从这些图像中，我们描述了12月7日JAXA Akatsuki任务到达之前的全球大气动力学和地球上的云形态。大多数图像是使用小型望远镜在紫外线波长（380-410纳米）下获得的。在卡拉阿尔托天文台的2.2米望远镜上，使用PlanetCam-UPV/EHU仪器在其他波长（890 nm，725-950 nm，1.435 μm CO2波段）上用窄带滤光片也观测了金星的昼面。在所有情况下，幸运成像方法被用来提高空间分辨率的图像在大气视宁度。在4月至6月期间，上层云的形态表现出不规则和混乱的纹理，赤道暗带（下午半球）发育良好，而在10月至12月期间的动力学制度占主导地位的行星尺度波（Y水平，C-反向和水平的功能）形成的长条纹，并带表明更稳定的条件。在纬度范围从50 $^{\circ}$ N到50 $^{\circ}$ S的纬向风速与云跟踪的测量表明与以前的作品检索的协议。
2016-11-14 astro-ph.EP
Imaging Venus' surface at night in the near-IR from above its clouds: New analytical models for the effective spatial resolution, illustrated with new Parker Solar Probe data
本研究提出预测大气点扩散函数宽度的新分析模型以确定金星近红外夜侧表面成像的有效分辨率，得出1-1.2微米波段分辨率约130公里FWHM的结论，并将模型应用于帕克太阳探测器的飞掠成像数据。
2025-10-01 astro-ph.EP
Cloud Continents: Terraforming Venus Efficiently by Means of a Floating Artificial Surface
金星和地球在整体性质上的相似性使金星成为未来殖民的一个有吸引力的目标。尽管金星表面的极端条件，但已经提出了几项殖民甚至改造金星的建议。这样一个地球化项目将面临巨大的挑战，主要是消除金星大量的二氧化碳大气层，并将其替换为可居住的环境。我回顾了过去的建议，并提出了一种新的方法，通过建立一个人造表面在更友好的高层大气的温度和压力都是地球一样的金星地球化。这样的表面可以用当地生产的材料建造，并将使用氮气作为提升气体漂浮在大气层上方。这将允许在地表之上设计可呼吸的大气，并且将消除输入或输出极大量质量的需要，除了相对适量的水。这种方法的工程，后勤和能源需求进行了调查。我发现，在最好的情况下，这样一个地球化项目可以在至少200年内完成，与其他提案相比，资源成本明显降低。
2022-03-13 astro-ph.EP astro-ph.IM
On the estimation of Sulfuric Acid Vapor concentrations below the Venus cloud deck using the Akatsuki Radio Science Experiment
Space Physics Laboratory, VSSC（空间物理实验室，VSSC）；Research Centre, University of Kerala（喀拉拉大学研究中心）；Graduate School of Frontier Sciences, The University of Tokyo（东京大学前沿科学研究生院）；Faculty of Science, Kyoto Sangyo University（京都产业大学理学部）
利用阿库斯科学实验改进的无线电消失数据，研究金星云层以下硫酸蒸汽浓度分布，结合现场数据提升约束精度。
2026-01-13 astro-ph.EP
Deducing the Composition of Venus Cloud Particles with the Autofluorescence Nephelometer (AFN)
以前曾用各种现场和遥感器测量方法研究过金星云中粒子的组成、大小和形状。然而，一些主要的问题仍然没有解决，激发了一项探索任务的发展，该任务将向金星大气层中投放一个装有单粒子自发荧光浊度计（AFN）的小型探测器。AFN是专门设计来解决与云粒子的非球面性和复折射率相关的不确定性。AFN将准直、聚焦、线性偏振的440 nm波长激光束通过胶囊的窗口投射到气流中，并测量通过激光束的单个颗粒散射的一些光的偏振分量。AFN还测量来自含有在440 nm波长激发时发荧光并在470-520 nm发射的材料的那些颗粒的荧光。如果存在于颗粒中，则预期来自一些有机分子的荧光。AFN测量探测器通过金星云的目的是提供粒子数浓度，大小，形状和成分的限制。假设的有机物，如果存在于金星气溶胶中，可能会被AFN检测到，作为未来任务精确识别的前兆。AFN已被选为即将到来的火箭实验室金星任务的主要科学仪器，以搜索云粒子中的有机分子并限制粒子组成。
2022-09-05 astro-ph.EP astro-ph.IM
Mission Architecture to Characterize Habitability of Venus Cloud Layers via an Aerial Platform
金星以其极端的表面温度和硫酸云而闻名。但金星上的云层与地球表面的云层有着相似的温度和压力条件，被认为是微观生命形式的可能栖息地。我们提出了一个任务概念，探索金星的云层长达30天，以评估可居住性和寻找生命迹象。基线任务的目标是2026年的发射机会。超压可变浮高度气球航空机器人在48和60公里的高度之间循环，即，主要穿越低层、中层和部分上层云层。该仪器套件是由一个吊舱设计来自先锋金星大型探测器压力容器。该飞行器通过一个轨道器中继器与一个直接到地球的链接相结合来传输数据。轨道器被捕获到一个6小时的逆行轨道，倾角低，大约170度。轨道飞行器和进入探测器的总质量估计为640公斤。还讨论了一个恒定的浮动高度气球的替代概念，作为一个较低的复杂性选项相比，可变浮动高度的版本。拟议的任务将补充其他计划中的任务，并有助于阐明金星大气层中可居住性的极限以及未知化学或可能生命本身的作用。
2022-08-10 astro-ph.EP astro-ph.IM
Potential Vorticity of the South Polar Vortex of Venus
本研究绘制金星南极区域Ertel位势涡度（EPV）分布图，分析上云层南极涡旋的三种形态并初步估算下云层EPV，发现EPV形态由相对涡度垂直分量决定，上云层存在弱环状结构而下云层更均匀，为理解金星极涡动力学提供支撑。
2024-02-01 astro-ph.EP
A model of scattered thermal radiation for Venus from 3 to 5 $μ$ m
针对金星3至5微米热辐射，构建中层大气模型并数值模拟，证实气溶胶散射对温度反演至关重要，且气溶胶性质扰动影响不大。
2024-02-06 astro-ph.EP
Powerful lightning on Venus constrained by atmospheric NO
University of Cambridge（剑桥大学）
本研究利用一氧化氮(NO)作为闪电示踪物，通过光化学动力学模型约束金星大气NO破坏速率，发现金星闪电功率至少为地球的三倍，支持闪电在更深大气层发生，为未来任务提供方向。
2025-10-01 astro-ph.EP
Aerial Platform Design Options for a Life-Finding Mission at Venus
越来越多的证据表明金星大气层中的化学不平衡，提高了人们对在这颗行星的云层中寻找生命的兴趣。气球系统目前被认为是在云层内进行大气采样的最佳空中平台，提供了最高的科学回报风险比。基于无人机的空中平台设计严重依赖于有效载荷质量和目标高度。我们提出了恒定和可变高度气球系统的选择，旨在进行金星云甲板内的科学操作。金星生命探测器（VLF）任务研究提出了一系列任务，需要对金星云物质进行长期的原位分析。我们提供了一个代表性的任务架构的概述，以及吊舱设计，以适应一个甚低频仪器套件。当前的架构将发射日期定为2026年7月30日，最早将于同年11月29日在金星放置轨道飞行器和进入飞行器。
2022-08-10 astro-ph.EP astro-ph.IM
Planetary-scale variations in winds and UV brightness at the Venusian cloud top: Periodicity and temporal evolution
金星云顶的行星尺度波动会导致风和紫外线（UV）亮度的周期性变化。虽然波候选者是纬向波数为1的4天Kelvin波和5天Rossby波，但对它们的时间演变知之甚少。在这里，我们对日本金星气候轨道器Akatsuki上的紫外成像仪在2017年6月至10月期间获得的365 nm亮度和云跟踪风变化进行了时间序列分析，揭示了行星尺度波的戏剧性演变以及行星尺度紫外特征的相应变化。我们确定了一个突出的5天周期的风和亮度的变化，其相速度慢于日侧平均纬向风（或超旋转）的>35米秒$^{-1}$。重建的行星尺度涡旋几乎是赤道对称的，中心位于两半球的35°纬度，这表明它们是Rossby波的一部分。与观测到的Rossby波包相关的风变化幅度在~20天内逐渐放大，在~50天内逐渐衰减。随着Rossby波涡的形成，亮度的变化在两半球45° ~ 60 °纬度形成波纹状的白云带。在Rossby波放大前，赤道区纬向风和亮度变化中存在约3.8天的周期信号。虽然3.8天模态的振幅和显著性在观测季节相对较低，但这一特征与Kelvin波相一致，这可能是赤道地区暗星系团的原因。
2019-09-18 astro-ph.EP
A Precursor Balloon Mission for Venusian Astrobiology
在金星大气层中探测到磷化氢的可能性重新点燃了人们对这种环境中存在生命的可能性的兴趣。如果金星的云层确实是生命的居所，它应该居住在50-60公里高度之间的“宜居带“，大致与中间的云层重合，那里的温度和压力（但不是大气成分）与地球表面的条件相似。我们制定了一个先驱天体生物学任务，用仪器气球在原地寻找这种假定的生命形式，这些气球可以在2022-2023年通过发射机会运送到金星。这项任务将通过漂浮在金星云层中的小气球收集气溶胶和尘埃样本，并直接检查它们是否包括任何明显的生物材料，如果是，它们的形状，大小和运动性。我们的气球任务也将配备一个微型质谱仪，应该允许检测复杂的有机分子。这项任务是由上下文相机增强，以寻找金星大气层宜居带中生命的宏观特征。最后，在质量和功率限制允许的情况下，对气球在金星风中的运动进行无线电干涉测量，再加上现场温度和压力测量，将为了解中云区鲜为人知的气象学提供有价值的见解。
2020-11-09 astro-ph.EP astro-ph.IM physics.space-ph
The Impact of Turbulent Vertical Mixing in the Venus Clouds on Chemical Tracers
金星云在大约50到60公里之间有一个对流层，混合了热量，动量和化学物质。观测和数值模拟有助于理解这一区域的复杂性。然而，对化学的影响尚不清楚。在这里，我们第一次使用一个三维对流解析模型与被动示踪剂模拟SO $_2$和H $_2$ O两个纬度的情况下。示踪剂放松对垂直剖面与测量值一致，具有不同的几个数量级的时间尺度。垂直混合是量化的，它是强的弛豫时间尺度高的对流时间尺度的前面，约4小时。由于对流活动的示踪剂的空间和时间的变化估计，与几公里的水平结构。在赤道，该模式正在解决的对流层在云顶（70公里）建议的一些观测，这种湍流活动对化学物种的影响是第一次占。从解决对流羽流，垂直涡扩散估计，与过去的估计从原位测量一致，但几个数量级高于一维化学建模中使用的值。的结果进行了比较，观测，与一些空间和时间的变化相关性，表明对流层的化学物种的影响。
2022-10-17 astro-ph.EP
From exo-Earths to exo-Venuses -- Flux and Polarization Signatures of Reflected Light
位于宜居带的类地系外行星无处不在。然而，我们并不知道哪颗行星有类似地球或金星的气候。区分不同的行星类型对于确定行星是否适合居住至关重要。我们调查的潜在的偏振区分exo-earth从exo-Venuses。我们提出了计算通量和星光的偏振，是反映了从目前的地球到目前的金星，云的成分范围从纯水到0.75硫酸溶液，波长在0.3和2.5微米之间的进化状态的大气的系外行星。反射光的偏振显示出比总通量更大的行星相位角的变化。在可见光范围内，由于云层上方的瑞利散射和40度相位角附近的彩虹，具有水云的类地大气层达到了最大偏振。在近红外波段，这颗拥有金星般的二氧化碳大气层和薄水云的行星，由于小云滴的散射，显示出最突出的偏振特征。半人马座阿尔法A周围的行星会在反射通量上留下10 E-13 W/m3的时间变化，在行星轨道上的偏振度上留下10 E-11的时间变化，这是一个空间上无法分辨的恒星-行星系统。恒星-行星的对比度在10 E-10的量级。目前的偏振仪无法区分空间上无法分辨的类地系外行星可能的演化阶段，因为需要接近10 E-10的灵敏度才能在非偏振星光的背景下辨别行星信号。能够达到低于10 E-9的行星-恒星对比度的望远镜应该能够观察行星的偏振度作为其相位角的函数的变化，从而根据其云的独特偏振特征区分外地球和外金星。
2023-01-26 astro-ph.EP astro-ph.IM
Glory revealed in disk-integrated photometry of Venus
上下文从一个空间上无法分辨的行星反射的光产生了对行星覆盖物整体光学特性的独特见解。辉光是一种光学现象，是由光在球形液滴中的后向散射引起的，这些液滴的大小分布很窄;它们在地球上被认为是液体云上方的局部特征。目的。在这里，我们报告的第一个证据的荣耀，在磁盘集成测光的金星，反过来，任何行星。方法.我们使用了以前发表的相位曲线的行星，再现了全范围的相位角与模型预测的基础上，现实的描述金星大气。我们假设这颗行星的光学特性可以用均匀稳定的云层来描述，这一假设与观测证据吻合得很好。结果我们特别表明，测量的相位曲线模拟金星上层云微米级气溶胶的散射特性，也在小相位角的荣耀发生，和荣耀的对比度是一致的光子多次散射后的预期。在光学上，这颗行星在相位角为11-13度时比在完全照明时更亮;它在相位之间经历了高达10%的最大亮度。结论.这可能意味着在系外行星的大气层中存在着球形液滴和现存的液云。一个有前景的探测将需要在小行星恒星分离的荣耀相位角精确的测光。
2014-06-02 astro-ph.EP
Investigation of UV absorbers on Venus using the 283 and 365 nm phase curves obtained from Akatsuki
金星云层中所谓的未知吸收体是太阳能的重要吸收体，但其垂直分布仍然很难量化。我们分析了283和365 nm的相位曲线的磁盘集成的Akatsuki测量的光。基于我们的模型，我们发现，未知的吸收体可以存在于整个上层云或一个薄层内的良好混合。解释365 nm相位曲线的必要条件是未知吸收体必须在云顶正下方的云尺度高度内有效吸收。利用这一约束，我们试图提取SO $_2$丰度从283 nm的相位曲线。然而，我们不能将SO $_2$和未知吸收体的吸收分开。考虑到先前在中红外波长处的SO $_2$丰度测量，未知吸收体在283 nm处的所需吸收系数必须是在365 nm处的两倍以上。
2021-04-09 astro-ph.EP
Stability of nucleic acid bases in concentrated sulfuric acid: Implications for the habitability of Venus' clouds
本研究通过 UV 和 NMR 光谱证实核酸碱基在金星云层温度和硫酸浓度范围内的浓硫酸中保持稳定，表明金星云层颗粒环境可能存在支持生命的化学反应，为其宜居性提供了新依据。
2023-06-19 astro-ph.EP physics.chem-ph
