Sao Kim – “Hành tinh chị em” với Trái Đất trong hệ Mặt Trời có gì?

Sao Kim hành tinh nóng nhất hệ Mặt Trời
Sao Kim (Venus) với các tên gọi khác như Kim tinh (chữ Hán: 金星), sao Thái Bạch (太白), Thái Bạch Kim tinh. Nó xếp vị trí thứ hai trong hệ Mặt Trời, bản thân nó tự quay quanh trục với chu kỳ 224,7 ngày Trái Đất. Sao Kim là thiên thể tự nhiên sáng thứ hai trong bầu trời tối (sau Mặt Trăng) với cấp sao biểu kiến bằng −4.6. Mức biểu kiến này giúp nó đủ sáng để tạo nên bóng trên mặt nước. Do Sao Kim là hành tinh phía trong tính từ Trái Đất, nó không xuất hiện trên bầu trời mà quá xa Mặt Trời: góc ly giác đạt cực đại bằng 47,8°. Vào thời điểm hoàng hôn hoặc bình minh là lúc Sao Kim đạt độ sáng lớn nhất do vậy mà dân gian còn gọi là sao Hôm khi nó hiện lên lúc hoàng hôn và sao Mai khi nó hiện lên lúc bình minh.

Sao Thủy – Sao Kim – Trái Đất – Sao Hỏa
Mặc dù trước đây, người ta còn coi nó là “hành tinh chị em” với Trái Đất do kích cỡ, gia tốc hấp dẫn, tham số quỹ đạo gần giống với Trái Đất nhưng Sao Kim có nhiều đặc diểm khác dù thuộc cùng nhóm hành tinh đất đá. Hành tinh này bị bao bọc bởi lớp mây dày có tính phản xạ cao chứa axít sunfuric nên con người không thể quan sát bề mặt của nó dưới bước sóng ánh sáng khả kiến. Sao Kim có mật độ không khí trong khí quyển lớn nhất trong số bốn hành tinh đất đá với thành phần chủ yếu là cacbon dioxide. So với Trái Đất, áp suất khí quyển tại bề mặt hành tinh cao gấp 92 lần.
Sao Kim là hành tinh nóng nhất Hệ Mặt Trời!
Bên cạnh đó, hành tinh này có nhiệt độ bề mặt trung bình bằng 735 K (462 °C) trở thành sao nóng nhất trong Hệ Mặt Trời. Bởi vì Sao Kim không có chu trình cacbon để đưa cacbon trở lại đá và đất trên bề mặt cho nên không thể có một tổ chức sống hữu cơ nào có thể hấp thụ nó trong sinh khối. Trước đây có một số nhà khoa học cho rằng hành tinh này đã có các đại dương trong quá khứ nhưng do hiệu ứng nhà kính mất kiểm soát kéo theo nhiệt độ hành tinh tăng lên nên nước đã bốc hơi. Nước có thể đã bị quang ly. Đồng thời vì không có từ quyển hành tinh, bởi tác động của gió Mặt Trời, hiđrô tự do có thể thoát vào vũ tr. Toàn bộ bề mặt của Sao Kim là một hoang mạc khô cằn với đá và bụi và phỏng đoán vẫn còn núi lửa hoạt động trên hành tinh này.
Thông tin về Sao Kim
Sao Kim được xếp là hành tinh đất đá trong hệ Mặt Trời. Tính theo kích thước và khối lượng thì hành tinh này gần giống Trái Đất nên có lúc được gọi là hành tinh sinh đôi, hành tinh chị em với Trái Đất. Sao Kim có đường kính bằng 12.092km ( nhỏ hơn 650km so với Trái Đất) và khối lượng 4,868 5×1024 kg (= 0,815 Trái Đất). Tuy nhiên, so với địa hình Trái Đất thì Sao Kim có địa mạo trên bề mặt hành tinh khác biệt bởi vì nó có một bầu khí quyển cacbon dioxide rất dày. Người ta ước tính, tổng khối lượng của cacbon dioxide chiếm tới 96,5% khối lượng khí quyển và khối lượng còn lại phần lớn là nitơ (3,5%).

Địa lý hành tinh
Trước khi được các nhà khoa học hiện đại khám phá ở thế kỷ XX thì các nghiên cứu bề mặt Sao kim vẫn chủ yếu mang tính phỏng đoán. Vào năm 1975 và 1982, các tàu thuộc dự án Venera được phóng, đổ bộ vào Sao Kim đã chụp lại bức ảnh bề mặt được bao phủ bởi đá trầm tích và những tảng đá góc cạnh tương đối. Năm 1990–91, tàu Magellan đã vẽ chi tiết bề mặt hành tinh này. Trên bản đồ Sao Kim hiện lên những chi tiết cho thấy khả năng có hoạt động của núi lửa. Đồng thời, sự có mặt của lưu huỳnh trong khí quyển thì có thể có khả năng có một số vụ phun trào gần đây.
Diện tích bề mặt Sao Kim được dự đoán khoảng 80% được bao phủ bởi đồng bằng núi lửa phẳng hoặc 70% đồng bằng có những rặng núi và 10% đồng bằng có thùy. Phần lớn diện tích bề mặt còn lại là hai “lục địa” cao nguyên. Một lục địa nằm ở bán cầu bắc được đặt tên là Ishtar Terra (theo tên thần Ishtar, thần tình yêu của người Babylon) với diện tích xấp xỉ Australia. Lục địa còn lại nằm ở ngay phía nam xích đạo hành tinh được đặt tên là Aphrodite Terra (theo tên của thần tình yêu trong thần thoại Hy Lạp), là lục địa cao nguyên lớn nhất với diện tích xấp xỉ lục địa Nam Mỹ. Nhưng ngọn núi cao nhất trên Sao Kim là Maxwell Montes thì nằm ở lục địa Ishtar Terra với chiều cao tính từ độ cao trung bình của bề mặt hành tinh xấp xỉ 11 km. Bên cạnh đó, người ta phát hiện có rất nhiều dấu vết đứt gãy địa chất ở lục địa phía nam.
Bởi vì chưa tìm được nhiều chứng cứ về các dòng chảy dung nham và các miệng núi lửa (caldera) đến nay vẫn còn là một bí ẩn đối với các nhà khoa học. Sao Kim có một số hố va chạm nên bề mặt hành tinh còn tương đối trẻ, dự đoán xấp xỉ khoảng 300–600 triệu năm tuổi. Bên cạnh những hố va chạm, núi và thung lũng là địa hình thường gặp trên hành tinh đất đá nên Sao Kim cũng tương tự. Mặc dù vậy, Sao Kim sở hữu những nét đặc trưng riêng.
Trong số đó nổi bật là
- Các địa hình dạng núi lửa phẳng gọi là “farra” nhìn tương tự bánh đa với đường kính 20–50 km và cao 100–1.000 m
- Các vết nứt hướng về tâm hình cánh sao gọi là “novae”
- Các 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”, các đường nứt gãy vòng tròn đôi khi bao quanh chỗ lõm. Các đặc trưng riêng này có nguồn gốc liên quan đến núi lửa.
Phần lớn những đặc điểm trên bề mặt Sao Kim được các nhà khoa học đặt tên theo phụ nữ trong lịch sử và thần thoại. Chỉ riêng ngọn Maxwell Montes, theo tên của James Clerk Maxwell và các 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 (cơ quan ban hành quy định và chứng nhận tên gọi cho các thiên thể và vật thể trong thiên văn học) áp dụng.
Những đặc điểm trên bề mặt Sao Kim có kinh độ địa lý được lấy theo kinh tuyến gốc của nó. Thời điểm bắt đầy, 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. Tuy nhiên, 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.
Địa chất bề mặt
Từ các hình ảnh cho thấy địa mạo Sao Kim có chịu ảnh hưởng của hoạt động núi lửa. Người ta ước tính, số núi lửa trên Sao Kim nhiều tương tự Trái Đất trong đó có 167 núi lửa có đường kính trên 100 km. Những núi lửa lớn như thế chỉ xuất hiện ở Đảo Lớn của Hawaii trên Trái Đất. Đây không phải vì Sao Kim có nhiều hoạt động núi lửa hơn Trái Đất mà bởi vì lớp vỏ của nó già hơn. Thông qua sự hút chìm tại biên giới giữa các mảng kiến tạo thì vỏ đại dương của Trái Đất liên tục được tái tạo và có tuổi trung bình bằng 100 triệu năm, còn theo tính toán của các nhà khoa học thì bề mặt Kim Tinh có tuổi 300–600 triệu năm.

Người ta suy đoán Sao Kim vẫn còn hoạt động núi lửa dựa theo một số manh mối khác nhau. Các tàu Venera 11 và Venera 12 (thuộc chương trình Venera của Liên Xô) đã ghi nhận được các luồng tia sét trong đó ngay sau khi đổ bộ, Venera 12 còn ghi được tiếng sét nổ mạnh. Tàu Venus Express ( do Cơ quan vũ trụ châu u phóng ra) cũng chụp được hình ảnh tia sét trong lớp khí quyển trên cao. Sự xuất hiện của sét trong bầu khí quyển có thể do tro bay ra từ núi lửa gây nên. Một dữ liệu khác đến từ mật độ tập trung của lưu huỳnh dioxide trong khí quyển Sao Kim được nghiên cứu là đã giảm đi 10 lần trong giai đoạn 1978 đến 1986. Lý do dẫn đến xuất hiện hiện tượng giảm này có thể là núi lửa hoạt động trước đó đã phun lưu huỳnh dioxide ra khí quyển. Một bằng chứng trực tiếp đầu tiên củng cố về quá trình hoạt động núi lửa đang diễn ra đã được Venus Express quan sát trong năm 2008-2009, dưới dạng bốn điểm nóng hồng ngoại được định vị tạm thời bên trong vùng kẻ nứt Ganis Chasma, nằm gần ngọn núi Maat Mons. Người ta nhận thấy, ba trong số các điểm đã được quan sát nhiều hơn một quỹ đạo liên tục. Các điểm này được xem là biểu hiện cụ thể của dòng dung nham vừa mới được giải phóng bởi các vụ phun trào núi lửa. Vì không thể đo được kích thước của các điểm nóng nên nhiệt độ không được xác định cụ thể thực tế nhưng có khả năng nằm trong khoảng 800–1.100 K (527–827 °C) so với mức nhiệt độ thông thường 740 K (467 °C). Các nhà thiên văn học đã công bố bằng chứng vào tháng 1 năm 2020 dự đoán rằng Sao Kim có sự hoạt động núi lựa trong hiện tại trong đó điểm đặc biệt nhất là họ phát hiện khoáng vật olivin – một sản phẩm từ quá trình hoạt động núi lửa sẽ làm thay đổi nhanh chóng trên bề mặt hành tinh.
Trên khắp bề mặt Sao Kim ước tính có khoảng 1.000 hố va chạm. Các hố va chạm xuất hiện là bằng chứng cho quá trình biến mất dần của chúng, ở trên những thiên thể khác như Trái Đất hay Mặt Trăng. Trên Trái Đất, miệng hố bị phong hóa bởi mưa và gió còn trên Mặt Trăng, sự biến mất là do những thiên thạch theo thời gian rơi xuống làm mờ đi hố già tuổi hơn. Nhưng trên Sao Kim, các hố va chạm vẫn còn ở trạng thái nguyên thủy chiếm khoảng 85%. Dựa theo số lượng hố va chạm + điều kiện được “bảo tồn” tốt của chúng đã cho thấy Sao Kim trải qua lần tái tạo bề mặt gần đây nhất cách khoảng 300–600 triệu năm trước, đi kèm với sự tắt dần của các núi lửa. Khác với lớp vỏ Trái Đất liên tục chuyển động thì người ta cho rằng các vỏ trên Sao Kim không có sự di chuyển này. Hành tinh này không có hoạt động kiến tạo mảng để tiêu tán nhiệt ra khỏi lớp phủ, nhưng nó trải qua chu trình tuần hoàn mà nhiệt độ lớp phủ tăng cao cho đến khi đạt nhiệt độ tới hạn làm yếu/tan chảy lớp vỏ. Vì thế, trong chu kỳ trên 100 triệu năm, sự hút chìm xuất hiện trên hầu như toàn bộ Sao Kim và làm tái tạo mới hoàn toàn bề mặt lớp vỏ.
Những hố va chạm trên Sao Kim có đường kính dao động từ 3 km đến 280 km. Bởi vì do khí quyển dày đặc cản trở các vật thể rơi từ ngoài vũ trụ nên không có hố nào với đường kính nhỏ hơn 3 km xuất hiện. Khi rơi vào bầu khí quyển hành tinh, những vật với động năng nhỏ hơn một giá trị xác định bị hãm chậm lại đồng thời nếu động năng hoặc kích cỡ nhỏ chúng không tạo ra một hố va chạm được.
Đa số thành phần khí quyển của sao Kim là cacbonic và các lớp mây nóng bỏng dày đặc chứa sunfuric đã tạo ra những trận mưa axit sunfuric phá hoại bề mặt hành tinh. Ngoài ra, do áp lực khí quyển đè lên Sao Kim khá lớn nên nếu các thiên thạch rơi vào hành tinh cũng không tạo ra nhiều biến dạng bởi vì đất đá bị không khí ném chặt xuống khiến chúng không thể rơi vãi lung tung.
Cấu trúc bên trong
Bởi vì chưa có thu thập được các dữ liệu địa chấn hoặc về mô men quán tính hành tinh, nên các nhà khoa học có ít thông tin trực tiếp liên quan đến cấu trúc bên trong và địa hóa học của Sao Kim. Dựa theo mức độ tương tự nhau về đường kính và khối lượng riêng giữa Sao Kim và Trái Đất thì người ta phỏng đoán có khả năng chúng có cấu trúc bên trong giống nhau: gồm lõi hành tinh, lớp phủ, và lớp vỏ. Bởi vì cả hai đều có quá trình lạnh/tiêu tán nhiệt bên trong với cùng một tốc độ nên dự đoán phần lõi Sao Kim ít nhất ở trạng thái lỏng một phần.

Đường kính sao Kim nhỏ hơn Trái Đất nên có lẽ các phần sâu bên trong hành tinh chịu áp suất nhỏ hơn. Sự khác nhau chủ yếu giữa hai hành tinh là các nhà khoa học chưa có chứng cứ về hoạt động kiến tạo mảng trên Sao Kim nên chỉ dự đoán 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. Từ kết quả này khiến giảm sự mất mát nội nhiệt hành tinh, kéo dài thời gian bị lạnh đi và có thể là một phần giải thích vì sao Sao Kim không có một từ trường toàn cầu. Thay vào đó, nội nhiệt của hành tinh này có thể đã bị mất trong quá trình tái tạo bề mặt tuần hoàn theo chu kỳ hàng trăm triệu năm.
Khí quyển và khí hậu

Khí quyển của Sao Kim rất dày và thành phần chứa chủ yếu CO2 và lượng nhỏ N2. So với Trái Đất, khối lượng khí quyển của hành tinh này lớn gấp 93 lần trong khi áp suất bề mặt cao gấp 92 lần — áp này tương đương với độ sâu tính từ bề mặt đại dương trên Trái Đất thì gần bằng 1 kilômét. Khối lượng riêng/mật độ của không khí tại nơi gần bề mặt Sao Kim bằng 65 kg/m³ (bằng 6,5% của nước). Bầu khí quyển hành tinh giàu CO2, có các đám mây dày SO2 dẫn đến hiệu ứng nhà kính mạnh nhất trong 8 hành tinh thuộc Hệ Mặt Trời. Nhiệt độ tại bề mặt của hành tinh ít nhất bằng 462 °C. Chính vì thế, bề mặt của Sao Kim nóng hơn so với của Sao Thủy ( có nhiệt độ bề mặt cực tiểu −220 °C và cực đại bằng 420 °C). Mặc dù khoảng cách từ Sao Kim đến Mặt Trời thì gấp đôi khoảng cách Sao Thủy đến Mặt Trời và Sao Kim chỉ nhận được khoảng 25% năng lượng bức xạ Mặt Trời so với năng lượng Sao Thủy nhận được. Vì thế, người ta thường diễn tả bề mặt Sao Kim là địa ngục nóng rực, hành tinh nóng nhất trong hệ Mặt Trời.

Quay về hàng tỷ năm trước, dựa theo những nghiên cứu và dữ liệu, các nhà khoa học cho rằng khí quyển của Sao Kim từng tương tự với khí quyển Trái Đất hơn. Thậm chí, một số người giả thuyết đã tồn tại nước lỏng trên bề mặt hành tinh. Nhưng sau chu kỳ từ 600 triệu đến vài tỷ năm trở lại đây, hiệu ứng nhà kính mất kiểm soát (runaway greenhouse effect) đã khiến bốc hơi hoàn toàn lượng nước này đồng thời sinh ra lượng khí nhà kính tới mức giới hạn trong bầu khí quyển của Sao Kim. Mặc dù các điều kiện vật lý trên hành tinh này đã không còn thích hợp để duy trì các dạng sống nguyên thủy như của Trái Đất nhưng có thể trước đây chúng đã từng tồn tại đồng thời khả năng có các dạng sống bậc thấp tồn tại trong trung tầng và thượng tầng khí quyển vẫn chưa bị bác bỏ.

Dựa theo quán tính nhiệt (thermal inertia) và sự truyền nhiệt bởi gió trong khí quyển gần bề mặt đã cho thấy rằng nhiệt độ bề mặt Sao Kim không biến đổi lớn giữa ngày và đêm mặc dù nó có tốc độ tự quay cực thấp. Tốc độ gió gần bề mặt Sao Kim thấp và thổi với vận tốc vài kilômét trên giờ. Mặc dù là vậy, bởi vì mật độ khí quyển gần bề mặt cao, luồng gió tác động lực lớn lên dác chướng ngại vật nó thổi qua đồng thời vận chuyển bụi và đá nhỏ đi khắp bề mặt sao. Riêng điều này thôi cũng khiến cho con người đi bộ trên bề mặt Sao Kim rất khó khăn kể cả trong trường hợp nhiệt độ, áp suất và sự thiếu hụt oxy không còn là một vấn đề.
Các lớp mây chứa chủ yếu SO2 và giọt axít sunfuric là những phần chính bên trên tầng khí quyển CO2 đậm đặc. Các đám mây này phản xạ và tán xạ khoảng 90% ánh sáng Mặt Trời đẩy ngược chúng vào không gian vũ trụ đồng thời ngăn cản các nhà khoa học quan sát bề mặt Sao Kim. Những đám mây vĩnh cửu bao phủ toàn bộ Sao Kim được kết luận rằng tuy hành tinh này gần Mặt Trời hơn so với Trái Đất nhưng bề mặt hành tinh không được chiếu sáng nhiều. Hàng loạt cơn gió mạnh ở các đám mây trên cao với vận tốc 300 km/h thì chỉ cần bốn năm ngày, gió có thể thổi đi vòng quanh Kim Tinh. Những cơn gió trong khí quyển Sao Kim có tốc độ cao gấp 60 lần tốc độ tự quay của nó. Nếu so với Trái Đất thì những cơn gió mạnh nhất trên hành tinh có tốc độ chỉ bằng 10% đến 20% tốc độ tự quay của nó.
Người ta nghiên cứu được rằng, quá trình đẳng nhiệt trong khí quyển Sao Kim rất hữu hiệu; nó duy trì sự không đổi của nhiệt độ khí quyển bao gồm cả giữa phía ngày và đêm cùng với giữa vùng xích đạo và hai vùng cực. Sao Kim có đĐộ nghiêng trục quay nhỏ (ít hơn 3 độ, so với 23 độ của Trái Đất) cũng là một lý do khiến sự biến đổi nhiệt độ theo mùa của hành tinh cũng là rất nhỏ. Theo độ cao thì sự biến đổi của nhiệt độ càng rõ rệt. Năm 1995, tàu Magellan chụp được ảnh các vùng có độ phản xạ cao tại đỉnh của những ngọn núi cao nhất mà tại các vùng này có phân bố các chất có tính phản xạ như tuyết ở trên Trái Đất. Người ta phân tích và kết luận rằng chất này hình thành trong quá trình tương tự như tuyết tuy rằng trong điều kiện nhiệt độ rất cao. Quá nhiều chất bay hơi ngưng tụ trên gần bề mặt sẽ đẩy khí bay lên và bị lạnh đi hình thành tại các nơi cao hơn rồi tại đây chúng lại rơi xuống như mưa. Hiện các chất này vẫn chưa được các nhà khoa học nghiên cứu kết luận kết quả chính xác là gì, nhưng dự đoán có thể là teluride cho tới chì sunfit (galena).
So với Trái Đất thì những đám mây trên Sao Kim cũng phóng tia sét nhiều. Sự tồn tại của sét đã gây tranh cãi khi lần đầu tiên tàu Venera của Liên Xô phát hiện ra những chớp sáng này. Tàu Venus Express chụp được rõ ràng sóng electron điện từ vào năm 2006–07, mang đến dấu hiệu cho thấy có tia sét. Hình ảnh xuất hiện rời rạc của chúng cho thấy các tia sét này đi kèm với hoạt động của thời tiết. Tốc độ tia sét bằng ít nhất một nửa của nó trên Trái Đất. Cho đến năm 2007, tàu Venus Express tiếp tục phát hiện ra hai xoáy khí quyển khổng lồ tồn tại ở cực nam Sao Kim. Vào năm 2011 thì tàu Venus Express tiếp tục khám phá ra một điều là có một tầng ozone ở trên cao khí quyển của hành tinh này.
Ngày 29 tháng 1 năm 2013, các nhà khoa học ESA thông báo tầng điện li của Sao Kim thổi hướng ra ngoài theo cách giống như “đuôi các hạt ion phóng ra từ một sao chổi dưới những điều kiện tương tự.
Tháng 12 – 2015 rồi đến tháng 4 – 5 năm 2016, các nhà nghiên cứu làm việc trong sứ mệnh Akatsuki của Nhật Bản đã quan sát thấy các gợn sóng hình cánh cung trong bầu khí quyển Kim Tinh. Đây được xem là bằng chứng trực tiếp về sự tồn tại có khả năng của sóng trọng lực (gravity waves – không được nhầm lẫn với sóng hấp dẫn (gravitational waves)) cố định lớn nhất trong Hệ Mặt Trời.
Mặc dù Sao Kim không có các mùa như Trái Đất, nhưng vào năm 2019, các nhà thiên văn đã xác định được sự biến đổi theo chu kỳ trong việc hấp thụ ánh sáng mặt trời của khí quyển. Họ lý giải điều này xảy ra có thể là do các hạt hấp thụ bay lơ lửng trên các đám mây phía bên trên. Sự biến đổi này tạo ra các thay đổi khả quan về tốc độ gió trên Sao Kim và chúng dường như có chuyển biến tăng giảm theo thời gian, với chu kỳ 11 năm của vết đen trên Mặt Trời.
Từ trường và lõi hành tinh
Năm 1967, Tàu Venera-4 thám hiểm Sao Kim đã phát hiện ra từ trường của hành tinh này yếu hơn nhiều so với Trái Đất. Khác với từ trường của Trái Đất cảm ứng bởi chu trình dynamo trong lõi hành tinh thì từ trường Sao Kim cảm ứng bởi tương tác giữa tầng điện ly và gió Mặt Trời. Vì tính chất từ quyển cảm ứng nhỏ nên không thể bảo vệ bầu khí quyển của Sao Kim tránh khỏi sự bắn phá của các tia vũ trụ. Do sự bắn phá này tạo nên bức xạ, trở thành một trong những nguyên nhân gây ra sự phóng điện tia sét giữa những đám mây.
Kích cỡ sao Kim gần bằng Trái Đất nên việc nó không có từ trường mạnh (gần như bằng 0) đã khiến các nhà khoa học ngạc nhiên. Họ đã nghĩ rằng hành tinh này cũng có lõi nóng chảy – một yếu tố trong lý thuyết dynamo ( ba yếu tố chính của lý thuyết dynamo: một chất lỏng dẫn điện, quay, và chuyển động đối lưu). Lõi Sao Kim có khả năng dẫn điện và trong khi hành tinh tự quay rất chậm, các mô phỏng trên máy tính cho thấy rằng nó vẫn đủ để tạo ra sự quay cần thiết trong thuyết dynamo. Do đó, chúng ta có thể thấy hoạt động của dynamo không thực hiện được bởi vì không có sự đối lưu trong lõi hành tinh. Nếu 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. Đây có thể là nguyên nhân 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 cho Sao Kim mà 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. Điều đó dẫn đến toàn bộ phần vật chất lỏng quay lõi có nhiệt độ xấp xỉ bằng nhau. Người ta cũng nghĩ tới khả năng nữa 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 ngày nay người ta vẫn chưa biết được giá trị này.
Bao quanh bởi từ quyển rất yếu nên có nghĩa là gió Mặt Trời tương tác trực tiếp với tầng thượng quyển của Sao Kim. Tại đây, do tác động của tia tử ngoại tạo nên sự phân ly các phân tử trung hòa, sinh ra liên tục các ion hiđrô và oxy liên tục. Rồi gió Mặt Trời cung cấp năng lượng đủ lớn giúp cho các ion này có vận tốc vừa đủ để thoát ra khỏi trường hấp dẫn của hành tinh. Sự mất đi này khiến lượng ion các nguyên tố nhẹ như hiđrô, heli, và oxy liên tục giảm đi, trong khi các phân tử khối lượng lớn hơn như cacbon dioxide vẫn nằm lại trong khí quyển hành tinh. Gió Mặt Trời gây nên sự xói mòn khí quyển hành tinh khiến kết quả là trong suốt lịch sử hàng tỷ năm của hành tinh, khí quyển của nó mất đa số lượng nước. Quá trình này đồng thời 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

Khoảng cách trung bình của quỹ đạo Sao Kim quanh Mặt Trời là khoảng bằng 0,72 AU (108.000.000 km; 67.000.000 mi) và hoàn thành một chu kỳ quỹ đạo khoảng 224,65 ngày. Khác với đa số những hành tinh khác với quỹ đạo hình elip thì Sao Kim có quỹ đạo dạng gần tròn tròn nhất với độ lệch tâm quỹ đạo nhỏ hơn 0,01. Những mô phỏng động lực học về quỹ đạo sơ khai của Hệ Mặt Trời đã đưa đến kết luạn rằng trong quá khứ độ lệch tâm quỹ đạo của Sao Kim có thể đã lớn hơn, có thể đạt giá trị cao tới 0,31 và gây tác động đến quá trình phát sinh khí hậu ban đầu. Bởi vì nằm giữa Trái Đất và Mặt Trời, có một vị trí của Sao Kim 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, thời gian cách nhau 584 ngày là hai hành tinh đạt đến vị trí giao hội. Bởi vì hiện tại, độ lệch tâm quỹ đạo của Trái Đất đang giảm dần, trong hàng chục nghìn năm tới, khoảng cách cực tiểu này sẽ tăng nhiều hơn. 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 trong vòng 60.158 năm không có một lần nào với khoảng cách nhỏ hơn 40 triệu km. 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.

Khi nhìn từ trên cực bắc của Mặt Trời, tất cả hành tinh trong Hệ Mặt Trời quay trên quỹ đạo theo chiều ngược chiều kim đồng hồ. Phần lớn các hành tinh có chiều tự quay quanh trục của nó theo chiều ngược chiều kim đồng hồ. Những Sao Kim trái ngược, nó quay quanh trục cùng chiều kim đồng hồ (gọi là sự quay nghịch hành) với khoảng thời gian 243 ngày Trái Đất. Đây là tốc độ tự quay chậm nhất trong Hệ Mặt Trời. Bởi vì thế, tính thời gian một “ngày” (thời gian sao-sidereal day) trên Sao Kim dài hơn một “năm” của Sao Kim (243 ngày so với 224,7 ngày Trái Đất). Xét vị trí tại đường xích đạo của mỗi hành tinh, tốc độ quay của Trái Đất bằng 1.670 km/h còn tốc độ tự quay của Sao Kim bằng 6,5 km/h. Kể từ thời điểm tàu Magellan tới Sao Kim vào tháng 10 năm 1990, các nhà khoa học nhận thấy tốc độ tự quay của hành tinh này đã chậm đi 6,5 phút trên một “ngày” Sao Kim. Do 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. Giả sử một người đứng trên Sao Kim và bầu khí quyển khá loãng, người đó sẽ thấy Mặt Trời mọc ở đằng tây và lặn ở đằng đông.
Người ta cho rằng, Sao Kim được hình thành là từ một đám mây phân tử với chu kỳ quay và độ nghiêng trục quay khác. Bởi vì sau hàng tỷ năm lịch sử trước đây, 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 ngày càng lớn nên hành tinh đạt đến trạng thái hiện tại.
Chu kỳ tự quay của Sao Kim thể hiện trạng thái cân bằng giữa hai hiện tượng:
Hiện tượng khóa thủy triều do ảnh hưởng hấp dẫn của Mặt Trời, có xu hướng làm chậm sự tự quay của hành tinh.
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.
Bên cạnh đó, 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 cùng là điểm kỳ lạ giữa chu kỳ quỹ đạo và chu kỳ tự quay của Sao Kim. Tuy vậy, giả thuyết cộng hưởng quỹ đạo và sự tự quay của Sao Kim với Trái Đất đã bị bác bỏ.
Kim Tinh không có vệ tinh tự nhiên. Nhưng có một tiểu hành tinh 2002 VE68 hiện tại đang có mối liên hệ giả quỹ đạo với hành tinh này. Ngoài giả vệ tinh này, Sao Kim có hai vật thể cùng quay trên quỹ đạo, 2001 CK32 và 2012 XE133. Nhà thiên văn Giovanni Cassini công bố ông đã phát hiện ra một vệ tinh quay quanh Sao Kim trong thế kỷ XVII. Ông đặt tên vệ tinh này là Neith và đã có nhiều cố gắng quan sát và công bố trong suốt 200 năm sau đó được thực hiện. Tuy nhiên, phần lớn các phát hiện kiểu này là do nhầm lẫn vệ tinh giả thuyết với một ngôi sao ở xa khi Sao Kim đến gần nó. Năm 2006, Alex Alemi David Stevenson chia sẻ một mô hình nghiên cứu về Hệ Mặt Trời sơ khai tại Học viện công nghệ California cho thấy, hàng tỷ năm trước, 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. Theo nghiên cứu của họ, khoảng thời gian 10 triệu năm sau cú va chạm, một vụ va chạm khác xảy ra đã 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.
Người ta cũng giải thích một nguyên nhân khác bởi vì ảnh hưởng hấp dẫn thủy triều rất mạnh của Mặt Trời tạo ra sự mất ổn định trong quỹ đạo của vệ tinh quay quanh Sao Kim hoặc Sao Thủy. Vì thế, 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
Trong các ngôi sao thuộc hệ Mặt Trời (ngoài Mặt Trời) thì Sao Kim sáng nhất, người ta nói ánh sáng của nó có thể phản chiếu từ mặt đại dương.

Độ sáng lớn nhất của Sao Kim, theo cấp sao biểu kiến có giá trị −4,9, nó xuất hiện ở pha hình lưỡi liềm khi ở gần Trái Đất. Khi Sao Kim ngược sáng so với Mặt Trời thì nó mờ dần về cấp sao −3. Ngôi sao này đủ sáng mà khi trời quang đãng chúng ta có thể nhìn thấy vào buổi trưa vào thời điểm thích hợp và khi Mặt Trời ở dưới đường chân trời thì chúng ta cũng có thể dễ dàng nhìn thấy nó. Là một hành tinh ở phía trong, khi nhìn về phía Mặt Trời thì góc ly giác của sao Kim luôn luôn nằm dưới góc 47°.

Trên quỹ đạo xoay quanh Mặt Trời, cứ mỗi 584 ngày Trái Đất thì Sao Kim “vượt qua” Trái Đất. Nó sáng rõ trên bầu trời mà khi Mặt Trời lặn chúng ta sẽ thấy là Sao Hôm còn trước khi Mặt Trời Mọc chúng ta sẽ thấy là Sao Mai. Ở thời điểm sáng nhất, chúng ta dễ dàng nhận ra Sao Kim. Trong khi đó thì Sao Thủy có góc ly giác cực đại bằng 28° thì chúng ta thường khó quan sát dưới ánh sáng lúc chạng vạng dù nó cũng là hành tinh phía trong gần Mặt Trời. Điều đó có nghĩa là do góc ly giác của Sao Kim lớn hơn nên nó ở trên bầu trời tối lâu hơn sau khi Mặt Trời lặn. Vì sáng nhất trên trời đêm nên thỉnh thoảng người ta cũng nhầm Sao Kim với một vật thể bay không xác định nào đó. Tổng thống Hoa Kỳ Jimmy Carter đã từng nói vào năm 1969 ông đã trông thấy một UFO mà sau khi người ta phân tích thì có thể đó là mà hình ảnh của Kim Tinh. Bên cạnh đó cũng có nhiều nghiên cứu, báo cáo khác kỳ lạ mà sau đó người ta cho rằng đó có thể liên quan đến Sao Kim.
Người ta quan sát được trên kinh thiên văn, khi Sao Kim chuyển động trên quỹ đạo, hình ảnh của nó có các pha khác nhau tương tự như pha Mặt Trăng: Trong pha Sao Kim, khi Mặt Trời ở giữa tương đối Sao Kim và Trái Đất, hành tinh có hình ảnh tròn “đầy” nhỏ. 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 mà hành tinh này có độ sáng lớn nhất. Hình ảnh hiện lên trong vị trí sáng nhất này là hình lưỡi liềm mỏng dần khi quan sát qua thấu kính khi nó tiến về phía gần Trái Đất. Khi Sao Kim ở “pha mới”, lúc hành tinh ở giữa Trái Đất và Mặt Trời thì hình ảnh của Sao Kim lớn nhất. Khí quyển của nó có thể nhìn qua kính thiên văn và khi đó chúng ta nhận thấy một vành sáng phản xạ của ánh sáng Mặt Trời trên khí quyển hành tinh.
Sự đi qua của Sao Kim
Bởi vì khi so với của Trái Đất, mặt phẳng quỹ đạo Sao Kim hơi nghiêng hơn nên khi hành tinh vượt qua giữa Trái Đất và Mặt Trời, nó thường không đi qua đĩa Mặt Trời. Khi thời điểm giao hội trong của hành tinh trùng với vị trí có mặt của nó trên mặt phẳng quỹ đạo của Trái Đất sẽ xuất hiện hiện tượng Sao Kim đi qua Mặt Trời. Chu kỳ đi qua là 243 năm trong đó có cặp hiện tượng đi qua cách nhau 8 năm, mỗi cặp hiện tượng này cách nhau khoảng 105,5 năm hoặc 121,5 năm. Hiện tượng này được nhà thiên văn học Jeremiah Horrocks tính toán và phát hiện đầu tiên vào năm 1639.

Cặp hiện tượng đi qua gần đây nhất là vào ngày 8 tháng 6 năm 2004 và 5–6 tháng 6 năm 2012. Đây là sự kiện được cộng đồng mọi người yêu thích thiên văn nghiệp dư và các nhà thiên văn đón nhận, tận dụng cơ hội để quan sát nhiều hơn.
Cặp hiện tượng xảy ra trước đó vào tháng 12/1874 và tháng 12 /1882. Người ta ước tính cặp hiện tượng tiếp theo sẽ diễn ra vào tháng 12/2117 và tháng 12/2125. Về mặt lịch sử, sự kiện Sao Kim đi qua Mặt Trời là một hiện tượng hiếm có cho phép các nhà thiên văn học xác định được trực tiếp giá trị của 1 đơn vị thiên văn, và từ đó xác định được kích cỡ của Hệ Mặt Trời như được chỉ ra bởi Horrocks năm 1639. Năm 1768, chuyến thám hiểm của thuyền trưởng Cook đến bờ đông của Australia sau khi ông đã đến Tahiti nhằm quan sát hiện tượng này.
“Ngôi sao năm cánh” của Sao Kim

Người ta gọi đường đi mà Sao Kim tạo ra khi quan sát từ Trái Đất là “Ngôi sao năm cánh” của Sao Kim. Các lần giao hội trong của Sao Kim lặp lại liên tục rất gần với tỷ lệ 13:8 (Trái Đất quay 8 vòng trên quỹ đạo thì Sao Kim quay 13 vòng quỹ đạo), dịch chuyển 144° theo các lần giao hội liên tiếp. Con số gần đúng cho tỷ lệ đó (8/13 = 0,615138) là 0,615138. Trong khi đó, tỷ lệ Sao Kim quay quanh Mặt Trời trong 0,61519 năm.
Sự hiện diện vào ban ngày
Chúng ta dễ dàng quan sát sao Kim vào giữa lúc ban ngày (broad daylight). Đó là vào khoảng thời gian giữa lúc nó sáng nhất trên bầu trời buổi tối hoặc sáng. Người ta xác định, thời điểm đó là khoảng 37 ngày trước và sau khi ngôi sao đi vào giao hội trong đồng thời là khi nó đạt ly giác cực đại phía đông hoặc tây của Mặt Trời, diễn ra khoảng 70 ngày trước và sau khi ly giác của hành tinh này đạt giá trị cực đại. Khả năng dễ nhất để xem Sao Kim vào ban ngày là theo dõi nó vào chạng vạng, nghĩa là quan sát sau khi mặt trời mọc.
Trong một số giai thoại ghi chép lại có các quan sát Sao Kim bằng mắt thường trong thời điểm ban ngày. Vào năm 1776, Sao Kim xuất hiện vào ban ngày ở London khiến nhiều người dân hoảng hốt. Dựa theo sự xuất hiện này, nhà thiên văn học Edmund Halley đã tính toán độ sáng tối đa của hành tinh này khi nhìn bằng mắt thường. Khi đang dự tiệc long trọng ở Luxembourg thì hoàng đế Napoléon Bonaparte của Pháp cũng từng chứng kiến sự xuất hiện của Sao Kim vào ban ngày. Một cuộc quan sát mang tính lịch sử của hành tinh vào ban ngày được diễn ra trong lễ nhậm chức của tổng thống Hoa Kỳ Abraham Lincoln tại Washington, D.C. vào ngày 4 /3 /1865. Mặc dù khả năng quan sát các pha của Sao Kim bằng mắt thường vẫn còn bị tranh cãi nhưng những ghi chép quan sát về các pha lưỡi liềm của Sao Kim vẫn còn tồn tại .
Ánh sáng xám
Trong khi quan sát Sao Kim, có một bí ẩn mà các nhà khoa học chưa giải thích được 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. Hiện tượng này được phát hiện lần đầu tiên vào năm 1643. Tuy nhiên, sự tồn tại của ánh sáng xanh vẫn chưa được xác nhận một cách tin cậy. Các nhà quan sát cho rằng hiện tượng này là do các hoạt động có sự tham gia của luồng điện tích trong khí quyển Sao Kim, hoặc nó cũng có khả năng 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
Nghiên cứu ban đầu

Những hiểu biết ban đầu về sao Kim của người cổ đại là họ biết đến như hai thực thể khác nhau theo tên gọi hai ngôi sao sáng “sao hôm” và “sao mai”. Từ năm 1581 trước Công nguyên, bản quan sát Sao Kim của Ammisaduqa đã cho thấy người Babylon hiểu được hai vật thể tách biệt này thực tế là một và họ coi nó là “nữ hoàng ánh sáng của bầu trời” khi ghi trên bảng. Từ đó họ cho phép hỗ trợ cũng như tiên đoán trong các quan sát sau này. Người Hy Lạp cũng từng cho rằng đây là hai thiên thể riêng biệt mà được gọi là sao Phosphorus và sao Hesperus. Đến thế kỷ thứ VI trước Công nguyên,Pythagoras mới phát hiện ra nó thực chất là một. Người La Mã thì cho rằng sao hôm là Lucifer, hay “Người mang lại ánh sáng”, và sao hôm là Vesper.
Lần đầu tiên, hiện tượng Sao Kim đi qua Mặt Trời được quan sát và ghi chép lại bởi hai nhà thiên văn Jeremiah Horrocks và William Crabtree vào ngày 4/12/1639 (theo lịch Julius thời đó là 2 /11). Tuy nhiên, họ quan sát tại nhà riêng của mình và phát hiện ra đồng thời.

Vào năm 1610, nhà bác học Galileo Galilei hướng ống kính quan sát Sao Kim lần đầu tiên. Ông đã nhận ra Kim tinh cũng có các pha tương tự như pha Mặt Trăng, hình ảnh của nó biến đổi từ gần tròn cho đến hình lưỡi liềm và ngược lại. Sao Kim hiện lên là hình nửa hình tròn khi nó ở cách xa Mặt Trời nhất. Và khi Sao Kim tiến gần đến Mặt Trời trên nền bầu trời sẽ có hình lưỡi liềm và tròn. Ông rút ra kết luận điều này chỉ có thể xảy ra khi Sao Kim quay quanh Mặt Trời trên quỹ đạo. Từ đây, quan sát này trở thành một trong các quan sát đầu tiên mâu thuẫn với mô hình địa tâm của Ptolemy.
Vào năm 1761, việc Sao Kim có khí quyển được phát hiện đầu tiên bởi nhà khoa học Mikhail Lomonosov. Phải đến năm 1790, nhà thiên văn Johann Schröter mới quan sát được rõ ràng khí quyển của hành tinh. Schröter phát hiện thấy khi hành tinh ở pha lưỡi liềm, hai đỉnh nhọn của cung lưỡi liềm kéo dài hơn 180°. Từ đó, ông dự đoán chính xác điều này là do ánh sáng Mặt Trời tán xạ từ khí quyển dày đặc. Một thời gian 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. Điều này đã tăng thêm bằng chứng cho khẳng định trên Sao Kim có khí quyển. Bởi vì khí quyển Sao Kim dày đặc nên nhiều nhà thiên văn đã nỗ lực để xác định chu kỳ tự quay của nó. Như Giovanni Cassini và Schröter đã tính sai chu kỳ tự quay của Sao Kim bằng khoảng 24 giờ khi hai người dựa trên các đặc điểm sáng từ hình ảnh quan sát hành tinh.
Nghiên cứu thời hiện đại dưới mặt đất
Cho đến tận thế kỷ XX thì vẫn có ít khám phá về Sao Kim được công bố. Bởi vì khí quyển quá dày nên hành tinh này chỉ hiện ra là một cái đĩa tròn hoặc hình lưỡi liềm cho nên người ta vẫn không biết thực tế hình ảnh bề mặt của nó như thế nào. Cho đến khi những 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. Trong thập niên 1920, quan sát bằng UV đầu tiên được thực hiện khi Frank Ross phát hiện thấy sử dụng tia UV những hình ảnh cho nhiều chi tiết hơn khi quan sát bằng ánh sáng khả kiến và hồng ngoại. Nhà thiên văn học nêu rằng lý do có điều này là vì khí quyển của hành tinh rất dày đặc, tầng thấp khí quyển màu vàng với những đám mây ti ở trên cao.

Từ thập niên 1900, quan sát qua phổ kế mang đến các manh mối đầu tiên về sự tự quay của Sao Kim. 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. Vì thế, ông dự đoán hành tinh phải có tốc độ tự quay chậm hơn rất nhiều so với trước đây người ta từng dự đoán. Trong những năm 1950, các nghiên cứu chỉ ra Sao Kim tự quay nghịch hành. Trong những năm 1960, lần đầu tiên, các quan sát bằng ra đa thực hiện 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.
Những năm 1970, kết quả từ quan trắc ra đa còn cho các hình ảnh chi tiết về bề mặt Sao Kim. Các 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. Các nhà khoa học nhận thấy tiếng vọng ra đa khá mạnh ở hai vùng, mà họ đặt là các vùng Alpha và Beta. Từ những phân tích thì các vùng sáng trên ảnh ra đa là những rặng núi, mà họ đặt tên là ngọn Maxwell Montes. Ba đặc điểm trên Sao Kim này được đặt tên không thuộc về phái nữ.
Thám hiểm Sao Kim
Những hoạt động đầu tiên
Vào ngày 12 / 2/ 1961 thì phi vụ tàu không gian robot đầu tiên gửi đến Sao Kim với tàu Venera 1 được phóng lên. Sao Kim là hành tinh đầu tiên mà có một tàu của con người đến thăm dò. Con tàu phóng lên thành công trong chương trình Venera theo quỹ đạo trực tiếp nhưng khoảng bảy ngày sau khi phóng nó đã mất liên lạc với mặt đất, khi con tàu ở cách Trái Đất 2 triệu km. Dự tính của các nhà khoa học Nga là vào trung tuần tháng 5/1961, con tàu đi qua Sao Kim ở khoảng cách 100.000 km.

Hoa Kỳ cũng khởi đầu chương trình thám hiểm Sao Kim với tàu Mariner 1 nhưng thất bại trong lúc phóng. Đến tàu Mariner 2 thành công hơn khi nó tồn tại được 109 ngày sau khi phóng lên quỹ đạo. Con tàu này trở thành phi vụ thám hiểm hành tinh đầu tiên thành công vào ngày 14/12 /1962, thời điểm mà nó tiếp cận đến Sao Kim ở khoảng cách 34.833 km. Những thiết bị đo bức xạ vi ba và hồng ngoại cho thấy những đám mây trên cao của khí quyển Sao Kim rất lạnh còn nhiệt độ bề mặt dưới hành tinh rất nóng, dự đoán là ít nhất 425 °C. Những kết quả ban đầu này đã xác nhận cho các kết quả quan sát trước đó trên Trái Đất, cuối cùng kết thúc mọi hi vọng của nhiều người về tồn tại một sự sống trên Sao Kim. Mariner 2 cũng gửi về những số liệu khối lượng hành tinh và đơn vị hành tinh, nhưng con tàu 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
Ngày 1/3/1966, tàu Venera 3 của Liên Xô đổ bộ xuống Sao Kim. Mặc dù hệ thống liên lạc của con tàu đã bị hỏng và dữ liệu của nó gửi về thì người ta không nhận được nhưng đây là cột mốc đánh dấu thiết bị nhân tạo đầu tiên đi vào khí quyển và va chạm xuống bề mặt hành tinh khác. Sau đó Nga tiếp tục phóng Venera 4 và ngày 18/ 10 /1967, nó đã đi vào khí quyển thành công và thực hiện một số thí nghiệm khoa học. Kết quả Venera 4 gửi về thì tại vị trí nó đi vào khí quyển nhiệt độ đo được 500 °C, cao hơn giá trị mà tàu Mariner 2 đã gửi về trước đó. Bên cạnh đó, nó gửi dữ liệu cho thấy bầu khí quyển hành tinh chứa 90 đến 95% cacbon dioxide. So với giá trị mà đội kĩ sư thiết kế Venera 4 sử dụng để tính toán thì khí quyển Sao Kim dày hơn đáng kể. Do đó mà, con tàu 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 tại độ cao 24,96 km so với bề mặt bằng 18 bar.

19/10/1967, Mariner 5 bay qua Sao Kim ở khoảng cách 4000 km bên trên những đám mây. Cùng Mariner 4, Mariner 5 ban đầu dự định được chế tạo để phóng lên Sao Hỏa nhưng khi phi vụ này thành công, NASA quyết định sử dụng nó để thám hiểm Sao Kim. Sở hữu các thiết bị nhạy hơn tàu Mariner 2, nổi bật phải kể đến thiết bị khảo sát sự che khuất tín hiệu vô tuyến, nó đã gửi dữ liệu về thành phần, áp suất và mật độ khí quyển Sao Kim. Trong những năm sau đó, 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. Điều này đã thể hiện sự hợp tác nghiên cứu khoa học đa quốc gia trong thời gian những năm đầu của kỷ nguyên vũ trụ.
Sau đó vào tháng 1.1969, Liên Xô phóng Venera 5 và Venera 6 (thời gian phóng cách nhau năm ngày). Ngày 16 và 17/5.1969 thì hai tàu này đi vào khí quyển sao Kim. Nhờ gia cường lớp bảo vệ tàu và thiết bị khoa học để tăng khả năng chịu áp suất lên tới 25 bar đồng thời thiết kế trang bị dù nhỏ hơn đã cho phép chúng rơi nhanh hơn vào khí quyển. Tuy nhiên, tính như ước tính khí quyển Sao Kim có áp suất bề mặt từ 75 đến 100 bar nên hai tàu đã không còn hoạt động khi tiếp đất. Vì thế, trước khi kịp chạm đất ở phía mặt tối của Sao Kim, hai tàu đã gửi được 50 phút dữ liệu khí quyển rồi đã bị bẹp nát ở độ cao xấp xỉ 20 km.
Nghiên cứu bề mặt và khí quyển
Không dừng lại, các kỹ sư Liên Xô tiếp tục phóng thành công Venera 7 và thu được dữ liệu từ bề mặt sao Kim. Được lắp ráp với mô đun có khả năng chịu được áp suất tới 180 bar nên tàu số 7 kiên cố hơn. Trước khi con tàu Venera 7 đi vào khí quyển, mô đun này được làm lạnh và tàu được trang bị dù cánh buồm nên đã cho phép thời gian rơi dự kiến là 35 phút. Ngày 15 /12 /1970, khi đi vào khí quyển, các kĩ sư tin rằng dù của tàu đã bị rách một phần, và con tàu va chạm mạnh xuống bề mặt mặc dù không bị phá hủy hoàn toàn. Tàu vẫn gửi được tín hiệu yếu về Trái Đất và tồn tại trong khoảng 23 phút. Sự kiện này cũng đánh dấu lần đầu tiên tín hiệu vô tuyến nhận được từ bề mặt một hành tinh khác truyền về Trái Đất.

Cuộc nghiên cứu vẫn được tiếp tục đến phi vụ Venera 8 đã đi vào khí quyển ngày 22 / 7/1972 và gửi được dữ liệu từ thời điểm chạm đất trong khoảng 50 phút. Ngày 22 /10 /1975, tàu Venera 9 đi vào khí quyển. Ngày 25 /10/1975, ba ngày sau đó thì tàu Venera 10 đã đổ bộ hành tinh. Hai tàu này đã gửi các hình ảnh đầu tiên về quang cảnh Sao Kim. Từ hình ảnh cho thấy, Venera 9 đổ bộ xuống vị trí một sườn dốc 20 độ, xung quanh nằm rải rác là các tảng đá đường kính 30–40 cm còn Venera 10 rơi trên phiến đá phẳng kiểu bazan, có đất đá bị phong hóa bao quanh.
Song song với Liên Xo, Hoa Kỳ phóng tàu Mariner 10 có quỹ đạo bay qua Sao Kim nhằm lợi dụng hỗ trợ hấp dẫn để đến Sao Thủy. Khi đi qua hành tinh ở khoảng cách 5790 km (5/2/1974) tàu Mariner 10 đã gửi về trung tâm điều khiển hơn 4.000 bức ảnh. Những bức ảnh với chất lượng tốt nhất so với trước đó đã cho thấy dưới ánh sáng khả kiến thì hành tinh hiện lên không có gì nổi bật nhưng qua bước sóng tử ngoại các nhà khoa học có thể nhận ra các đám mây mà từ các đài quan trắc trên Trái Đất chưa từng quan sát được.
Tiếp tục dự án Pioneer Venus với thành hai phi vụ riêng thám hiểm Sao Kim. Ngày 4 /12/1978, tàu quỹ đạo Pioneer Venus Orbiter ( tên khác Pioneer 12 hay Pioneer Venus 1) đã đi vào quỹ đạo elip quanh Sao Kim và tồn tại ở đó trong 13 năm. Tàu này đã nghiên cứu khí quyển và chụp ảnh bề mặt bằng sóng ra đa. Ngày 9/12 /1978, tàu Pioneer Venus Multiprobe (tên khác là Pioneer 13 hay Pioneer Venus 2) thả ra tổng cộng 4 thiết bị thăm dò đi xuống khí quyển Sao Kim. Những thiết bị này đã gửi dữ liệu về thành phần, sức gió và thông lượng nhiệt trong khí quyển hành tinh về Trái Đất.
Trong những năm tiếp theo, có bốn phi vụ nữa được thực hiện đổ bộ xuống sao Kim. Trong đó, tàu Venera 11 và Venera 12 phát hiện ra các cơn bão điện tích trong khí quyển. Đổ bộ vào ngày 1 và 5/3/1982, tàu Venera 13 và Venera 14 đã gửi về các bức ảnh màu đầu tiên về bề mặt hành tinh. 4 tàu này đổ bộ đều sử dụng dù bung, cho phép hãm tàu rơi trong khí quyển. Khi vào khí quyển thì dù thả ra tại độ cao 50 km – vị trí mà khí quyển có mật độ dày đặc hơn và các tàu có thể chạm đất nhẹ nhàng dựa vào ma sát với không khí, không cần sự hỗ trợ của dù nữa. Hai tàu Venera 13 và 14 được trang bị phổ kế huỳnh quang tia X gắn trên tàu, giúp chúng thực hiện nhiệm vụ phân tích mẫu đất bằng. Đồng thời có một thiết bị va chạm khác cho phép hai tàu đo tính nén của đất nơi chúng đổ bộ. Tàu Venera 14 bị hỏng lắp chụp camera và thiết bị của nó không thể tiếp xúc với bề mặt đất được. Tháng 10/1983 khi mà tàu Venera 15 và Venera 16 đi vào quỹ đạo quanh Sao Kim với mục tiêu vẽ bản đồ địa hình hành tinh thông qua phương pháp tổng hợp tín hiệu ra đa. Sau thời gian này thì chương trình Venera dừng lại.
Cho đến năm 1985, Liên Xô đã xây dựng nhiệm vụ thám hiểm Sao Kim kết hợp thăm dò sao chổi Halley – sao chổi đi vào vùng bên trong Hệ Mặt Trời trong năm đó. Ngày 11 và 15/ 6/ 1985, trên đường đến sao chổi Halley, hai tàu không gian của chương trình Vega đều đã thả một thiết bị thăm dò từng thiết kế trong chương trình Venera đồng thời nhờ khí cầu đã giải phóng một robot bay trong khí quyển. Robot khí cầu này hoạt động trên độ cao khoảng 53 km – vị trí mà áp suất và nhiệt độ tương đương trên bề mặt Trái Đất. Trong khoảng 46 giờ hoạt động tại đây, hai robot đã khám phá ra khí quyển Sao Kim hỗn loạn hơn rất nhiều so với những gì đã ước tính trước đó với nhiều luồng gió mạnh và các ô đối lưu khí quyển mạnh.
Vẽ bản đồ bằng ra đa
Các nghiên cứu bằng tín hiệu ra đa từ Trái Đất đã cung cấp các hình ảnh sơ lược về bề mặt Sao Kim. Tàu Pioneer Venus và Venera gửi về thêm các bức ảnh có độ phân giải cao hơn để nghiên cứu hành tinh.

Ngày 4/5/1989, tàu không gian Magellan của Hoa Kỳ được phóng lên với mục đích sử dụng phương pháp ảnh rada để thu được hình ảnh bề mặt Sao Kim. Trong suốt 4,5 năm hoạt động, con tàu đã gửi các bức ảnh phân giải cao với lượng dữ liệu gửi về vượt qua tất cả các phi vụ thám hiểm trước đó đến hành tinh này cộng lại. Dùng rada, Magellan chụp được hơn 98% diện tích bề mặt. Bên cạnh đó, bằng cách đo tác dụng của trường hấp dẫn lên con tàu, nó đã vẽ ra 95% bản đồ phân bố khối lượng trong hành tinh. Thời điểm kết thúc của phi vụ vào năm 1994, các kĩ sư đã gửi Magellan rơi vào khí quyển Sao Kim với mục đích đánh giá mật độ khí quyển hành tinh. Ngoài ra, các tàu Galileo và Cassini khi bay qua Sao Kim đến Sao Mộc và Sao Thổ cũng đã chụp được ảnh của nó. Nhưng trong thế kỷ đó thì tàu Magellan là phi vụ cuối cùng được phóng riêng để nghiên cứu Sao Kim.
Những phi vụ hiện tại và tương lai
Trên đường đến Sao Thủy, tàu không gian MESSENGER của NASA đã hai lần bay qua Sao Kim(tháng 10/2006 và tháng 6/2007) 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 3/2011. Vì thế mà MESSENGER cũng đã thu thập và gửi về một số dữ liệu về Sao Kim.

Ngày 9/11 /2005, tàu Venus Express (thiết kế và chế tạo bởi ESA) đã được Nga phóng lên bằng tên lửa Soyuz-Fregat của Nga. Vào ngày 11/4/2006, tàu đã đi vào quỹ đạo cực quanh Sao Kim. Con tàu có nhiệm vụ nghiên cứu chi tiết khí quyển và những đám mây, bao gồm lập ra bản đồ môi trường plasma bao quanh và những đặc điểm bề mặt hành tinh trong đó chú trọng nhất là nhiệt độ. Con tàu này đã khám phá ra nhiều điều trong đó nổi bật là thông tin về khí quyển ở cực nam Sao Kim có tồn tại hai xoáy khí quyển khổng lồ. Nó đã kết thúc sứ mệnh vào năm 2015.
Tiếp theo, cơ quan nghiên cứu và phát triển hàng không vũ trụ Nhật Bản (JAXA) đã thiết kế và chế tạo một tàu quỹ đạo gọi là Akatsuki (tên gọi cũ “Hành tinh-C”). Ngày 20/5 /2010, con tàu này được phóng lên nhưng do một cái van đóng bất thường, gây hỏng động cơ đẩy, nó đã không đi vào quỹ đạo Sao Kim vào tháng 12/2010. Mặc dù thất bại trong việc đi vào quỹ đạo nhưng các kỹ sư đã đặt con tàu vào chế độ đóng băng. Vào năm 2016, con tàu đã được khởi động lại và đi vào quỹ đạo thành công và trở thành vệ tinh động duy nhất quay quanh sao Kim năm đó. Nhiệm vụ nghiên cứu của tàu này là bao gồm chụp ảnh bề mặt bằng một camera hồng ngoại, lập bản đồ đám mây. Nó cũng cố gắng để dò phát hiện ra tia sét trong khí quyển và các núi lửa còn khả năng hoạt động.
Ngày 20/10/2018 ESA và JAXA đã phóng tàu BepiColombo để tiếp cận sao Thủy và nó đã bay qua Sao Kim vào ngày 10/8/2021, cung cấp những hình ảnh về sao Kim và còn thu được âm thanh của gió Mặt Trời thổi qua hành tinh này.
Năm 2020, Solar Orbiter được Nasa phóng lên với nhiệm vụ chụp ảnh Mặt Trời cũng đã bay ngang qua sao Kim. Nó đã đã quay được video về hình lưỡi liềm phát sáng của sao Kim khi bay qua hành tinh này ngày 9/8/2021.
Ngoài các tàu trên thì những ý tưởng nghiên cứu về chuyến bay có người lái, robot tự hành, khí cầu…đã được đề xuất nhưng chưa được thực hiện.
Sao Kim trong văn hóa
Sao Kim được đặt tên Venus mang hình ảnh phái nữ, là hành tinh duy nhất trong hệ Mặt Trời có tên khác biệt theo hệ thống đặt tên hành tinh của IAU. Ba hành tinh lùn là Ceres, Eris và Haumea – cùng với các tiểu hành tinh đầu tiên được phát hiện ra + một số vệ tinh (như các vệ tinh Galilei) theo phái nữ. Trong nhiều ngôn ngữ thì Trái Đất và Mặt Trăng gọi là Gaia/Terra, Selene/Luna – cũng mang tính nữ. Tuy nhiên, ước định 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
♀
Với sự khác biệt trong đặt tên thì 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. Ý nghĩa biểu tượng này cũng thể hiện sự yếu đuối. Ký hiệu này cũng được các nhà giả kim phương Tây trung đại dùng cho kim loại đồng. Thời cổ đại, đồng được đánh bóng để sử dụng làm gương soi và biểu tượng Sao Kim đôi khi còn được hiểu là chiếc gương soi của các vị thần.
Trong văn hóa
Trên bầu trời, Sao Kim là một trong những thiên thể sáng nhất nên nó được con người biết đến từ lâu, có vị trí đặc biệt trong tư tưởng văn hóa xuyên suốt lịch sử loài người. Trong các văn bản của người Babylon như Bảng Sao Kim của Ammisaduqa, nó được miêu tả rõ ràng. Đây cũng là văn bản liên quan đến các quan sát về hành tinh này có thể vào thời điểm năm 1600 TCN. Người Babylon đặt tên cho ngôi sao là Ishtar (thần Inanna của người Sumer), là hiện thân của phái nữ, và nữ thần tình yêu. Ngoài ra, vị thần này còn là nữ thần chiến tranh, đại diện cho vị thần trông coi sinh và tử.

Vì sự xuất hiện trong hai thời điểm sáng tối nên người cổ đại quan sát thấy khác nhau. Do đó, người Ai Cập cổ đại tin rằng có hai thiên thể khác nhau. Họ đặt tên sao xuất hiện buổi sáng là Tioumoutiri còn sao xuất hiện vào buổi tối gọi là Ouaiti. Người Hy Lạp gọi là ngôi sao buổi sáng là Sao Mai Φωσφόρος, Phosphoros (Latin hóa Phosphorus), “Kẻ mang tới Ánh Sáng – Kẻ Sáng Láng” Ἐωσφόρος, Eosphoros (Latin hóa Eosphorus), “Kẻ mang tới Bình Minh”. Và sao vào buổi tối được gọi là Hesperos (Latin hóa Hesperus) (Ἓσπερος, “sao hôm”). Tuy nhiên sau đó, người Hy Lạp cổ đại đã nhận ra rằng, hai thiên thể này thực chất là một hành tinh và họ sử dụng tên nữ thần tình yêu của họ là Aphrodite (Αφροδίτη) (thần Astarte của Phoenicia) để đặt tên cho hành tinh đó. Tiếng Hy Lạp hiện đại vẫn giữ tên hành tinh như thế. Có xuất phát tôn giáo phần lớn từ Hy Lạp, người La Mã cổ đại đã đặt tên cho hành tinh theo Venus – một vị thần tình yêu của họ.
Vệ tinh tự nhiên
Không có vệ tinh tự nhiên nào quay quanh Sao Kim theo các nghiên cứu cho đến hiện tại nhưng nó được cho là có một vệ tinh tên là Neith, được dự báo bởi nhà thiên văn học Giovanni D. Cassini vào thế kỷ 17. Kim tinh cũng có một vài bán vệ tinh tạm thời (quasi-satellite) là tiểu hành tinh Trojan 2002 VE68 và hai tiểu hành tinh Trojan tiềm năng khác là 2001 CK32 và 2012 XE133.
Khai thác Sao Kim
Với công nghệ hiện nay thì việc nghiên cứu khai thác bề mặt Sao Kim là không thể bởi vì hành tinh có điều kiện vật lý khắc nghiệt. Tuy nhiên, người ta tìm thấy vị trí 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 oxy và nitơ được thay bằng CO2. Vì thế, có người đề xuất xây dựng “những thành phố nổi” trên khí quyển hành tinh này. Các khí cầu Aerostat có thể được sử dụng nhằm thám hiểm và cuối cùng dừng để nâng đỡ những thành phố nổi này. Tuy vậy, việc có nhiều axít sunfuric hay thiếu oxy tại những độ cao khiến ý tưởng đó khó thực hiện. 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 khiến việc khai thác nghiên cứu khó hơn.
