NASA計劃中的兩個金星探測任務有哪些令人激動的地方?

幾十年來,對我們太陽系的探索不斷深入,但因為難以到達和環境惡劣的原因,我們的鄰星之一金星基本上沒有被研究,現在,情況即將改變。在美國宇航局太陽系探索計劃的最新公告中,有兩項任務已經獲得批准,它們都將前往金星。這兩項雄心勃勃的任務將在2028年和2030年之間發射。

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這標誌着美國宇航局行星科學部門的方向發生了相當大的變化,自1990年以來,該部門就沒有向金星派遣過任務。這是因為金星是一個充滿敵意的世界。它的大氣層含有硫酸,表面溫度高到足以融化鉛。人們起初認為金星誕生時與地球非常相似,那麼後面發生了什麼?

在地球上,碳主要被困在岩石中,而在金星上,它已經逃到了大氣中,這使其大約有96%的二氧化碳並帶來了失控的溫室效應將表面溫度推高到750開爾文(470℃或900℉)。

這個星球的歷史使它成為研究溫室效應和學習如何在地球上管理溫室效應的絕佳場所,我們可以使用繪製金星大氣極端情況的模型,並將其結果與我們在地球看到的情況進行比較。

但是,極端的表面條件是行星探測任務避開金星的原因之一。高溫意味着非常高的壓力,90巴(大約相當於水下一公里)的壓力足以瞬間粉碎大多數行星登陸器。因此,前往金星的任務並不總是能夠按計劃進行。

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金星表面的照片,由Venera 9登陸器拍攝。資料來源:維基媒體/泰德-斯特雷克

迄今為止人類對金星所做的大部分探索是由當蘇聯在20世紀60年代和80年代之間進行的。但美國宇航局1972年的先鋒金星任務和歐洲航天局2006年的金星快車任務也都探測過金星。

第一次着陸發生在1970年,當時蘇聯的金星7號由於降落傘熔化而墜毀。但是它成功地將20分鐘的數據傳送回地球。第一張金星表面圖像則是由金星9號拍攝的,隨後是維納拉10號、13號和14號。         

下降任務

美國宇航局選定的兩項任務中的第一項將被稱為Davinci+(金星深層大氣中的惰性氣體、化學和成像調查的簡稱)。它包括一個下降探測器,這意味着它將在大氣層中下降過程中就開始進行測量。下降過程有三個階段,第一個階段是調查整個大氣層。

探測器將詳細觀察大氣層的組成,在下降時提供每一層的信息。我們知道硫酸被限制在大約50公里(30英里)高的雲層中,而且我們知道大氣中97%是二氧化碳。但是研究微量元素可以提供關於大氣層如何結束在這種狀態的信息。第二階段將觀察較低的高度,詳細測量天氣屬性,如風速、溫度和壓力。

最後一個階段是拍攝高分辨率的表面圖像。雖然這在火星上非常常見,但在金星上卻一直是個挑戰。厚厚的雲層意味着可見光被反射,因此從地球或軌道上進行觀測並不實際。地獄般的表面條件也意味着部署漫遊車是不現實的,懸浮在空中的氣球任務看上去才是可行的。

人類目前獲取到一個金星表面的低分辨率圖像,這要歸功於美國宇航局1990年的麥哲倫任務,該任務使用雷達繪製了金星表面。Davinci+探測器將在下降過程中使用紅外光拍攝表面圖像。這些圖片不僅可以更好地規劃未來的任務,還可以幫助科學家研究表面是如何形成的。

繪製表面地圖

第二個任務被稱為Veritas,是金星反射率、無線電科學、InSAR、地形學和光譜學的簡稱。這將是一個更標準的行星任務。軌道飛行器上將攜帶兩台儀器來繪製表面圖,以補充來自達文西的詳細紅外觀測。

其中的一台相機可以在一系列的波長中進行觀測。它可以看穿金星的雲層,以調查大氣和地面的組成。這項任務是非常困難的,因為表面溫度導致反射光具有非常廣泛的波長範圍。Veritas將使用通常用於研究系外行星大氣層的技術來補償這一問題。

波長相機也將尋找水蒸氣的跡象。金星快車任務顯示,逃離金星大氣層的主要元素是氫和氧,因此,如果有任何水,它將是極少量的,或在表面之下的深處。

第二個儀器是一個雷達,利用了一種在地球觀測衛星上廣泛使用的技術。一個非常大的有源無線電接收器–對高分辨率圖像非常重要–使用指向航天器前面不同角度的無線電脈衝進行模擬。高分辨率的雷達圖像將創建一個更詳細的地圖來調查金星的表面演變,以及確定是否有任何構造或火山活動。

這些任務還可以為一種理論增加證據,即金星表面在5億年前完全融化,這是為了解釋表面缺乏隕石撞擊的原因,但到目前為止,還沒有發現火山熔岩層的證據,而火山熔岩層是由這種重新浮現的結果。

令人激動的是,美國宇航局已將其行星任務的視野轉向金星。對於任何嶄露頭角的宇航員來說,恐怕在不久之後將人類送往那裡的機會是不存在的。但是,從地球上這個基本上被遺忘的姐妹身上所獲得的信息,對於了解我們的世界將具有非常高的價值。