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金星は古代に初めて観測され、その後望遠鏡による観測、そして探査機による観測へと発展しました。探査機は金星へのフライバイ、周回、着陸を何度も行い、大気圏に浮かぶ気球探査機も含まれています。金星は地球に比較的近いため研究が容易ですが、表面は可視光線を通さない不透明な大気に覆われています。
金星が地球と太陽の可視円盤の間を直接通過する現象は、まれな天文現象です。最初に予測され観測されたのは、1639年の金星の太陽面通過で、イギリスの天文学者ジェレマイア・ホロックスとウィリアム・クラブツリーによって観測され記録されました。[ 1 ] 1761年の金星の太陽面通過のミハイル・ロモノーソフによる観測は、金星に大気があるという最初の証拠を提供し、19世紀の金星の太陽面通過時の視差の観測により、地球と太陽の間の距離が初めて正確に計算されました。[ 2 ]太陽面通過は、金星が黄道（地球の軌道面）を横切る6月上旬または12月上旬にのみ発生し、8年ごとにペアで発生し、各ペアは1世紀以上離れています。金星の太陽面通過の直近のペアは2004年と2012年に起こり、その前のペアは1874年と1882年に起こった。[ 3 ]
19 世紀には、多くの観測者が金星の自転周期は約 24 時間であると述べていました。イタリアの天文学者ジョヴァンニ・スキアパレッリは、金星の自転が著しく遅いことを初めて予測し、金星は太陽と潮汐固定されていると提唱しました(彼は水星についても同様の提唱をしていました)。[ 4 ]実際にはどちらの天体にも当てはまりませんでしたが、これはかなり正確な推定でした。金星の自転と地球への最接近との間の共鳴が、この印象を生み出すのに役立ちました。金星は観測に最適な位置にあるとき、常に同じ方向を向いているように見えたからです。金星の自転速度は、1961 年の合の際に初めて測定されました。これは、カリフォルニア州ゴールドストーンの 26 m アンテナ、英国のジョドレルバンク電波天文台、クリミア半島のエフパトリアにあるソ連の深宇宙施設からのレーダー観測によって行われました。精度は、その後の合ごとに、主にゴールドストーンとエフパトリアからの測定によって改良されました。自転が逆行しているという事実は、1964年まで確認されなかった。
1960年代の電波観測以前は、金星には地球のような緑豊かな環境があると多くの人が信じていました。これは、金星の大きさや軌道半径が地球にかなり似た状況を示唆していたことと、表面が見えないように厚い雲の層があったためです。金星に関する憶測の中には、ジャングルのような環境がある、あるいは石油か炭酸水の海があるというものがありました。[ 5 ]しかし、C. Mayer らによるマイクロ波観測[ 6 ]は、高温源（600 K）を示しました。奇妙なことに、AD Kuzmin によるミリ波帯観測では、はるかに低い温度が示されました。[ 7 ]この異常な電波スペクトルを説明する2つの競合する理論があり、1つは高温が電離層に由来するというもので、もう1つは高温の惑星表面を示唆するものでした。
2020年9月、カーディフ大学の研究チームは、2017年と2019年にジェームズ・クラーク・マクスウェル望遠鏡とアタカマ大型ミリ波サブミリ波干渉計を用いて金星を観測した結果、金星の大気にはホスフィン（PH 3）が、金星の既知の非生物起源に起因する濃度の1万倍も含まれていることが示されたと発表した。ホスフィンは金星表面から少なくとも30マイル（48キロメートル）上空で検出され、主に中緯度で検出され、金星の極では検出されなかった。これは金星に生物が存在する可能性を示唆していたが[ 8 ] [ 9 ]、この測定は後に誤りであることが判明した[ 10 ] [ 11 ] 。
月の次に、金星は地球からレーダーで探査された太陽系で2番目の天体でした。最初の研究は、ディープスペースネットワークの一部であるNASAのゴールドストーン天文台で1961年に行われました。[ 12 ]金星は、ゴールドストーンとアレシボの国立天文学・電離層センターの両方で、連続する内合の際に観測されました。実施された研究は、1963年に金星の自転が逆行（太陽の周りを公転する方向とは逆方向に自転する）であることを明らかにした、以前の子午線通過の測定と似ていました。 [ 13 ]レーダー観測により、天文学者は金星の自転周期が243.1日であること、[ 14 ]および自転軸が公転面とほぼ垂直であることも決定できました。また、この惑星の半径は6,052キロメートル（3,761マイル）であることが判明した。これは、地上望遠鏡で得られたこれまでの最良の値よりも約70キロメートル（43マイル）小さい値である。
金星の地質学的特徴への関心は、1970年から1985年にかけての画像技術の改良によって高まった。初期のレーダー観測では、金星の表面は月の塵の多い表面よりも圧縮されていることが示唆されただけであった。地球から撮影された最初のレーダー画像には、アルファ・レギオ、ベータ・レギオ、マックスウェル・モンテスと名付けられた非常に明るい（レーダー反射率の高い）高地が写っていた。その後、レーダー技術の改良により、1～2キロメートルの画像解像度が達成された。
金星への無人探査ミッションは数多く行われてきた。ソ連のベネラ探査機10機は金星表面への軟着陸に成功し、表面から最大110分間通信を行ったが、いずれも帰還には至らなかった。[ 15 ]打ち上げの好機は19ヶ月ごとに訪れる。[ 16 ]
1961年2月12日、ソ連の宇宙船ベネラ1号は、他の惑星に打ち上げられた最初のフライバイ探査機となった。姿勢センサーの過熱により誤作動を起こし、金星に10万kmまで接近する前に地球との通信が途絶えた 。[ 17 ]しかし、この探査機は、太陽電池パネル、放物面テレメトリーアンテナ、3軸安定化装置、軌道修正エンジン、パーキング軌道からの初打ち上げなど、惑星間宇宙船に必要なすべての機能を兼ね備えた最初の探査機であった。
金星への最初のフライバイに成功した探査機は、1962年に金星を通過し、35,000 kmまで接近したアメリカのマリナー2号宇宙船でした。改良されたレンジャー月探査機であるマリナー2号は、金星には実質的に固有の磁場がないことを確認し、惑星の大気の温度が約500 °C (773 K ; 932 °F )であることを測定しました。[ 18 ]
ソ連は1966年に金星探査機ベネラ2号を打ち上げたが、5月16日のテレメトリーセッション後のある時点で故障した。探査機は金星のフライバイを完了したが、データの送信に失敗した。[ 17 ]
1967年の別の米国による金星フライバイの際に、マリナー5号は金星の磁場の強さを測定した。1974年、マリナー10号は水星に向かう途中で金星に接近し、雲の紫外線写真を撮影し、金星の大気中の異常に速い風速を明らかにした。マリナー10号は、これまでに撮影された金星の画像の中で最高のものを提供し、一連の画像は、ベネラ4号からベネラ8号によるドップラー効果速度測定で初めて確認された、惑星の大気の高速を明確に示していた。[ 19 ]
1966年3月1日、ソ連の宇宙探査機ベネラ3号が金星に不時着し、他の惑星の表面に到達した最初の宇宙船となった。[ 17 ]
ベネラ4号の降下カプセルは1967年10月18日に金星の大気圏に突入し、他の惑星の大気から直接測定データを持ち帰った最初の探査機となった。[ 17 ]カプセルは温度、圧力、密度を測定し、大気を分析するために11種類の自動化学実験を行った。その結果、金星の大気は95%が二酸化炭素（CO₂）であることが判明した。2 )、そしてマリナー5号からの電波掩蔽データと組み合わせると、表面気圧は予想よりもはるかに高かった（75～100気圧）ことが示された。
これらの結果は、1969年5月にベネラ5号とベネラ6号によって検証され、改良された。[ 17 ]しかし、これまでのところ、これらのミッションのいずれも、送信を続けながら地表に到達したことはない。ベネラ4号は、巨大な大気の中をゆっくりと漂っている間にバッテリーが切れ、ベネラ5号と6号 は、地表から18km （60,000フィート）上空の高圧によって押しつぶされた 。
金星への最初の着陸成功は、 1970年12月15日のベネラ7号によるもので、他の惑星への最初の軟着陸成功であり、他の惑星の表面から地球への最初のデータ送信成功でもあった。[ 20 ] [ 21 ]ベネラ7号は23分間地球と通信を続け、表面温度455～475 ℃（851～887 °F）、大気圧92バールを中継した。[ 17 ] [ 22 ]ベネラ8号は1972年7月22日に着陸した。圧力と温度のプロファイルに加えて、光度計は金星の雲が表面から35キロメートル（22マイル）以上上空で終わる層を形成していることを示した。ガンマ線分光計は地殻の化学組成を分析した。ベネラ8号は、表面写真撮影に適した光量を測定したところ、視界が約1kmの曇りの日の地球の光量とほぼ同じであることがわかった。[ 23 ]
ソ連の探査機ベネラ9号は1975年10月22日に金星の軌道に入り、金星初の人工衛星となった。多数のカメラと分光計が金星の雲、電離層、磁気圏に関する情報を送信し、表面のバイスタティックレーダー測定も行った。660kg （1,460ポンド）の降下機[ 25 ]はベネラ9号から分離して着陸し、表面の最初の写真を撮影し、ガンマ線分光計と密度計で地殻を分析した。降下中、圧力、温度、測光測定に加え、後方散乱と多角度散乱（ネフェロメーター）による雲密度の測定が行われた。金星の雲は3つの異なる層で形成されていることが発見された。
10月25日、ヴェネラ10号が到着し、同様の調査プログラムを実施した。
1978年、NASAは2機のパイオニア探査機を金星に送りました。パイオニア計画は、周回機とマルチプローブという2つの構成要素から成り、それぞれ別々に打ち上げられました。パイオニア金星マルチプローブには、大型の大気探査機1機と小型の大気探査機3機が搭載されていました。大型探査機は1978年11月16日に、小型探査機3機は11月20日に放出されました。4機の探査機はすべて12月9日に金星の大気圏に突入し、その後、輸送機も突入しました。大気圏突入時の落下に耐えられないと予想されていましたが、探査機の1機は地表に到達後45分間稼働を続けました。パイオニア金星周回機は1978年12月4日に金星の楕円軌道に投入されました。17種類の実験装置を搭載し、軌道維持用の燃料が尽き、大気圏突入で破壊された1992年8月まで運用されました。
また、1978年には、ベネラ11号とベネラ12号が金星を通過し、それぞれ12月21日と12月25日に降下機を投下した。着陸機にはカラーカメラと土壌掘削・分析装置が搭載されていたが、残念ながら故障した。各着陸機は、ネフェロメーター、質量分析計、ガスクロマトグラフ、およびX線蛍光を用いた雲粒化学分析装置で測定を行い、硫黄に加えて雲の中に塩素が大部分含まれていることを予期せず発見した。強い雷活動も検出された。[ 26 ] [ 27 ] [ 28 ]
1982年、ソ連のベネラ13号は金星表面の初のカラー画像を送信し、緩いレゴリスと小さくて平らな薄い角張った岩で覆われたオレンジがかった茶色の平らな岩盤表面を明らかにした[ 29 ]。また、掘削した土壌サンプルのX線蛍光分析も行った。探査機は、惑星の過酷な表面で記録的な127分間稼働した。同じく1982年、ベネラ14号着陸機は、惑星の地殻で地震活動の可能性を検出した。
1984年12月、ハレー彗星の出現時に、ソビエト連邦は金星に向けて2機のベガ探査機を打ち上げた。ベガ1号とベガ2号は1985年6月に金星に到達し、それぞれ着陸機と観測機器を搭載したヘリウム気球を展開した。気球に搭載された飛行船型探査機は、それぞれ46時間と60時間、高度約53kmを漂い 、金星の約3分の1を周回した。これにより科学者たちは、金星大気の最も活発な部分の力学を研究することができた。これらの探査機は、風速、温度、気圧、雲密度を測定した。予想以上に乱流と対流活動が活発であることが発見され、 下降気流による1～3kmの急降下も時折見られた。着陸機には、雲のエアロゾルの組成と構造に焦点を当てた実験装置が搭載されていた。それぞれに紫外線吸収分光計、エアロゾル粒子サイズ分析装置、エアロゾル物質を収集して質量分析計、ガスクロマトグラフ、X線蛍光分光計で分析する装置が搭載されていた。雲の上層2層は硫酸の液滴であることが判明したが、下層はおそらくリン酸溶液で構成されている。金星の地殻は土壌掘削実験とガンマ線分光計で分析された。着陸機にはカメラが搭載されていなかったため、表面からの画像が返送されることはなかった。これらは数十年間、金星に着陸する最後の探査機となるだろう。ベガ宇宙船は9か月後にハレー彗星とのランデブーを続け、そのミッションのためにさらに14の機器とカメラを運んだ。
多目的な探査計画であるソ連のベスタ計画は、1991年から1994年にかけて欧州諸国と協力して実施される予定だったが、ソ連崩壊のため中止された。当初の計画では、金星への気球と小型着陸機の輸送が含まれていた。
1983 年 10 月、ベネラ 15 号とベネラ 16 号は金星の極軌道に入りました。画像の解像度は1 ～ 2 キロメートル (0.62 ～ 1.24マイル)で、地球の最高性能のレーダーで得られる解像度に匹敵します。ベネラ 15 号は赤外線フーリエ分光計で上層大気を分析およびマッピングしました。1983 年 11 月 11 日から 1984 年 7 月 10 日にかけて、両衛星は合成開口レーダーで惑星の北 3 分の 1 をマッピングしました。これらの結果により、コロナやアラクノイドなどの珍しい巨大な楯状火山の発見を含め、金星の表面地質に関する最初の詳細な理解が得られました。金星の北 3 分の 1 がたまたま単一のプレートでない限り、金星にはプレートテクトニクスの証拠はありませんでした。ベネラ ミッションで得られた高度計データは、パイオニアの 4 倍の解像度でした。
1990年8月10日、探検家フェルディナンド・マゼランにちなんで名付けられたアメリカの探査機マゼランが地球周回軌道に到達し、2.38GHzの周波数で詳細なレーダーマッピングのミッションを開始した。[ 30 ]以前の探査機は大陸サイズの地形の低解像度レーダーマップを作成していたが、マゼランは表面の98%を約100mの解像度でマッピングした。
作成された地図は、他の惑星の可視光写真に匹敵するほど詳細なものであり、現在でも現存する中で最も詳細な地図である。マゼランは金星の地質に関する科学的理解を大きく深めた。探査機はプレートテクトニクスの兆候は発見しなかったものの、衝突クレーターの少なさから表面は比較的若いことが示唆され、数千キロメートルにも及ぶ溶岩流の流路が存在することも明らかになった。4年間のミッションを終えたマゼランは、計画通り1994年10月11日に大気圏に突入し、一部が蒸発した。機体の一部は金星の表面に衝突したと考えられている。
ビーナス・エクスプレスは、欧州宇宙機関（ESA）が金星の大気と地表の特徴を軌道上から調査するために実施したミッションです。設計はESAの火星探査機マーズ・エクスプレスとロゼッタ・ミッションを基にしています。探査機の主な目的は、金星の大気を長期的に観測することであり、これは地球の大気と気候の理解にも貢献することが期待されています。また、金星の地表温度の全球地図を作成し、遠くから地球上の生命の痕跡を観測しようと試みました。
ビーナス・エクスプレスは2006年4月11日に極軌道への投入に成功した。当初、このミッションは金星の2年間（地球の約500日）続く予定だったが、推進剤が尽きるまで2014年末まで延長された。ビーナス・エクスプレスから得られた最初の成果には、過去の海洋の証拠、南極における巨大な二重大気渦の発見[ 32 ] [ 33 ] 、大気中の水酸基の検出などがある。
あかつきは2010年5月20日にJAXAによって打ち上げられ、2010年12月に金星軌道に入る予定だった。しかし、軌道投入マヌーバが失敗し、探査機は太陽中心軌道に取り残された。2015年12月7日、姿勢制御スラスタを1,233秒間噴射することで、代替の楕円金星軌道に投入された。 [ 34 ]探査機は紫外線、赤外線、マイクロ波、電波で表面を撮影し、惑星上の雷や火山活動の証拠を探した。このミッションに携わる天文学者たちは、2015年12月に金星で発生した可能性のある重力波を検出したと報告した。 [ 35 ]あかつきのミッションは2024年に終了した。
他の目的地に向かう途中のいくつかの宇宙探査機は、重力スイングバイ方式で速度を上げるために金星のフライバイを利用してきました。これには、木星へのガリレオミッションや、2回のフライバイを行った土星へのカッシーニ・ホイヘンスミッションが含まれます。カッシーニは、1998年と1999年のフライバイの両方で、電波およびプラズマ波科学機器を使用して金星の電波放射を調査したところ、雷と一般的に関連付けられている高周波電波（0.125～16 MHz）は検出されませんでした。これは、20年前に行われたソ連のベネラミッションの調査結果と真っ向から対立するものでした。金星に雷があるとすれば、それは何らかの低周波電気活動である可能性があると推測されました。なぜなら、電波信号は、約1メガヘルツ以下の周波数では電離層を透過できないからです。 1990年にガリレオ探査機が金星をフライバイした際に観測した電波放射は、当時雷の発生を示唆するものと解釈された。しかし、ガリレオ探査機はカッシーニ探査機がフライバイした時よりも金星から60倍以上も遠く離れていたため、その観測結果の重要性は大幅に低下した。2007年、ビーナス・エクスプレス・ミッションは金星に雷が存在することを確認し、地球よりも金星の方が雷の発生頻度が高いことを発見した。[ 36 ] [ 37 ]
MESSENGERは水星に向かう途中で金星を2回通過した。1回目は2006年10月24日に金星 から。地球は太陽の反対側にあったため、データは記録されなかった。 [ 38 ] 2回目のフライバイは2007年7月6日で、探査機は雲頂からわずか325kmの距離を通過した。 [ 39 ]
ベピコロンボは水星に向かう途中で金星にも2回接近し、1回目は2020年10月15日でした。2回目の金星接近は2021年8月10日で、ベピコロンボは金星表面から552kmの距離まで接近しました。[ 40 ] [ 41 ] [ 42 ] [ 43 ]ベピコロンボが金星に接近し、2回目の接近を行う前に、2台の監視カメラと7つの科学機器が作動しました。[ 44 ]プロジェクト科学者のヨハネス・ベンクホフは、ベピコロンボのMERTIS（水星放射計および熱赤外線分光計）がホスフィンを検出できる可能性があると考えていますが、「私たちの機器が十分な感度を持っているかどうかはわかりません」と述べています。[ 45 ]
パーカー・ソーラー・プローブは、2018年10月3日、2019年12月26日、2020年7月11日、2021年2月20日、2021年10月16日、2023年8月21日、2024年11月6日に金星フライバイを7回実施しました。パーカー・ソーラー・プローブは太陽と太陽風を観測しており、これらの金星との遭遇により、パーカー・ソーラー・プローブは重力アシストを行い、太陽に近づくことができます。 [ 46 ] [ 47 ]
インドのISROは、2028年に打ち上げ予定の、周回機と気球型エアロボットを備えた大気探査機である金星周回ミッションを開発している。[ 48 ]
2021 年 6 月、NASA は、ディスカバリー計画の一環として、金星探査機 VERITAS と DAVINCI の 2 機を新たに選定したと発表した。[ 49 ]これらの探査機は、 1990 年のマゼラン以来、金星に焦点を当てた初の NASA ミッションである。[ 50 ]オービターである VERITAS は、高解像度で金星の表面をマッピングする。[ 51 ]一方、DAVINCI は、複数の波長で金星をマッピングするオービターと、降下中に写真を撮影しながら金星の大気の化学を研究する降下プローブで構成される。 [ 52 ] DAVINCI と VERITAS は当初、それぞれ 2029 年と 2028 年に打ち上げられる予定だったが、資金の問題により VERITAS の打ち上げ日は少なくとも 2029 ～ 2031 年に延期された。[ 53 ] [ 54 ]
2021年6月、NASAがVERITASとDAVINCIを発表した直後、ESAは金星周回探査機EnVisionを宇宙ビジョン計画の一環として発表した。[ 55 ] EnVisionは金星の高解像度レーダーマッピングと大気研究を行う予定で、2031年に打ち上げられる予定である。[ 56 ] [ 57 ] [ 58 ]
2021年10月6日、アラブ首長国連邦は、 2028年にも金星探査機を送る意向を発表した。MBRエクスプローラーは、金星の重力アシストを利用して小惑星帯へ向かう際に、金星の観測を行う予定である。[ 59 ]
民間航空宇宙メーカーのロケット・ラボは、MITと共同で初の民間金星探査ミッションの打ち上げを目指している。[ 60 ]探査機「ヴィーナス・ライフ・ファインダー」は、軽量の大気探査機を金星の大気圏に送り込み、生命の痕跡を探す予定である。[ 61 ]
ロシアのベネラDミッションは2003年に提案され、2036年に打ち上げられる予定である。その主な目的は、強力なレーダーを使用して金星の表面をマッピングすることである。[ 62 ] [ 63 ]このミッションには、表面で長期間機能できる着陸機も含まれる。
表面の高圧と高温を克服するため、NASAグレン研究センターのジェフリー・ランディス率いるチームは2007年に、地上の耐熱性探査車を制御する太陽光発電航空機のコンセプトを考案した。この航空機は、金星の上層大気の比較的穏やかな温度で、ミッションの繊細な電子機器を搭載する予定だった。 [ 64 ] 2007年の別のコンセプトでは、探査車に原子力電源で動くスターリング冷却器を装備し、電子機器パッケージを約200 ℃（392 °F）の動作温度に保つことを提案している。[ 65 ]
2020年、NASAのJPLは「地獄を探る：ゼンマイ仕掛けの探査車で障害物を回避する」と題した公開コンペティションを開始し、金星の表面で機能するセンサーを設計した。[ 66 ]
金星の大気に関する研究は、金星自身の状態だけでなく、他の惑星天体、特に地球の大気についても重要な知見をもたらしました。それは、 1970年代と1980年代の地球のオゾン層の減少を発見し理解するのに役立ちました。 [ 77 ]
1769年の金星の太陽面通過を観測するためにジェームズ・クックとその乗組員が行ったエンデバー号の航海は、ポゼッション島におけるオーストラリアの領有権をヨーロッパ人が主張し、植民地化するきっかけとなった。
金星の大気が3cm波長域で透明であるという証拠がないこと、そのような高い表面温度を説明するのが難しいこと、そしてKuz'minとSalmonovich [80, 81]およびGibson [310]がより短い波長8mmで測定したはるかに低い輝度温度はすべて、Jones [366]が提示した電波天文学測定結果の異なる解釈の基礎となった。
ソマナート氏はまた、2028年までに金星探査ミッションを開始する良い機会があると述べた。