重返金星

随着人类对地球附近两颗类地行星的理解不断加深,对它们的兴趣也在交替上升

人类对于金星,曾经有过异常瑰丽的幻想。在人类对「火星人」充满希望之前,也曾经想象,被致密的云层包裹的金星与地球环境相似,因此在金星的表面也生活着各种各样的生物,甚至可能有高度发达的「金星人」存在。这个幻想一直持续到人类对金星的近距离探测。

1962 年 12 月 14 日,美国航空航天局(NASA)发射的「水手 2 号」(Mariner 2)探测器掠过金星,才发现这是一颗被云层包裹的高温高压的星球,很难有生命存在。随后,苏联发射了一系列金星探测器,并获得了有关金星的更详细数据。1970 年 12 月 15 日,苏联的「金星 7 号」(Venera 7)首次完成在金星表面着陆,在向地球发送了 23 分钟的信息之后才失去联系。到了 1982 年 3 月 1 日,「金星 13 号」在经过 4 个月的飞行之后利用降落伞在金星南半球一个可能存在火山活动的区域顺利着陆,并且第一次为人类传回了金星表面的彩色影像。这个原本设计成可以工作半小时的探测器在工作了两个小时之后,才在高温高压的环境中与地球失去联系。

在两个小时的时间里,「金星 13 号」进行了很多科学探测,并且拍摄了一张金星的全景照片,它总共向地球发回了 14 张彩色照片和 8 张黑白照片。而在 5 天之后着陆的「金星 14 号」只坚持工作了 57 分钟。在 20 世纪 80 年代之后,再也没有人类的探测器到达过金星表面。

情况忽然发生了变化。2021 年 6 月 2 日,NASA 宣布将花费 10 亿美元,在本世纪 20 年代内开启两个金星探测任务。欧洲空间局(ESA)在 6 月 10 日随之宣布,准备在 2031 年通过总价值 6.1 亿欧元的「EnVision」任务,发射环绕器探测金星。在地球的「孪生兄弟」火星的表面,已经有来自美国和中国的多个探测器在进行科学探测。而被冷落了几十年的金星,为何忽然重新获得了人们的关注?

人们对金星的兴趣忽然大增,除了行星科学家对类地行星的兴趣越来越大,以及出于对地球气候变化的担忧而希望研究金星的气候变化历史等原因之外,人们对金星历史的重新认识愿望也是一个主要原因。在遥远的过去,金星是否也像地球一样,在表面存在着海洋?甚至曾经拥有生命?

通过之前的探测,人类对金星的印象确实非常糟糕。这是一个表面炽热、干燥,根本无法允许生命存在的星球。在它的大气中没有氧气存在,只有大量的二氧化碳和酸性物质——在温室气体的包裹下,金星的表面温度达到了惊人的 460 摄氏度。人们认为,金星形成的时间与地球接近,构成这两颗行星的材料也大致相同。当金星的水分都蒸发之后,太阳紫外线破坏了水分子的结构,水被分解为氢气和氧气。其中氢气逐渐逃逸离开了金星,氧气因为相对较重,依然会留存在金星的大气层内一段时间。而此前在金星的大气中并未发现氧气的存在,这让科学家们推测,金星是在形成初期就已经把其表面的水分蒸发干净了。

对于金星的认识发生转折,是在 2014 年。北京大学的行星科学家杨军通过计算机模型发现,类似于金星这样自转极其缓慢的行星(金星每 243 个地球日才自转一周),只有着极其微弱的科里奥利效应(Coriolis Effect,一种在旋转坐标系中移动的物体发生偏转的现象)。地球的科里奥利效应促使每个半球的底层大气分为三个环流:热带环流、亚热带环流和极地环流。相比之下,在金星,气流可以从赤道区域一直到达极点。在一个湿润的大气层中,金星向上的气流会产生巨大的云层,遮盖住它面向太阳的一面——在这种阳光始终无法穿透湿润云层的情况下,金星表面的液态水有可能保持数十亿年的时间。所以,人们想象,金星可能曾经有生命存在。

那么,金星的气候变化历史究竟如何?在金星表面是否曾经有过液态水的存在?作为欧洲空间局的首次金星探测任务,2005 年 11 月发射的「金星快车号」(Venus Express)探测器曾经在 2006 至 2014 年间在轨道上环绕金星进行探测,它发现金星上疑似有原始海洋的痕迹,并且还有火山活动的迹象。这些信号是否可信?金星的状态究竟如何?

金星的环境是如何变得恶劣的,水分子中的氧又去了哪里,目前还没有定论。有科学家认为,在几亿年前,金星可能发生过数次横跨几个大陆的火山大爆发,这足以造成生物大灭绝,把大量的二氧化碳注入大气层,进而把整个行星蒸干。在随后发生的火山活动中,水中的氧在与岩浆和火山灰的相互作用中被消耗干净——这种理论可以解释为什么金星的表面非常年轻,没有古老的撞击坑。

全新的探测任务将会帮我们理解金星,其中的重点就在于寻找各种元素的痕迹,测量元素同位素的比例,寻找水,以及观察火山活动的规律。NASA 喷气动力实验室的「VERITAS」任务将会使用雷达穿透金星的云层,寻找金星表面板块活动的痕迹(例如大裂谷),这也可以为未来的金星车探测着陆点。「VERITAS」任务还会使用光谱仪试着透过云层寻找金星表面各种元素的痕迹,比如说,如果在金星表面残留的古老地壳上探测到大量的花岗岩这种在有水的条件下才会产生的物质,就说明金星可能有着和地球非常相似的历史。

「DAVINCI+」任务包含一个环绕器,对金星的表面进行测绘;另外还会释放一个球形探测器,它将承受高温和高压,穿越金星的大气层,探测其大气成分,尤其是氙的含量。如果其中氙的含量与地球的情况相似,就说明金星与地球早期的水历史相似。探测金星底层大气层中氢元素的同位素比例,也可以让我们知道金星失去了多少水。「DAVINCI+」任务的科学仪器还会重点探测金星的大气中是否存在磷化氢——在地球大气中,这种气体主要是由微生物释放。如果在金星大气中发现磷化氢,或许说明目前在金星表面还有微生物存在。

ESA 的「EnVision」任务则将使用一款红外相机探测金星表面的热点——那可能是正在发生火山活动的地点,并且使用雷达寻找可能的岩浆流动现象。「EnVision」还将通过紫外线和高精度红外光谱仪寻找释放水蒸气和二氧化硫的地点,研究是不是火山活动造就了金星如今的气候。

随着人类对地球附近这两颗类地行星的理解不断加深,对它们的兴趣也在交替上升。在太阳系诞生之初,金星、地球、火星这三颗行星上是否全都出现过生命,而后却又因为微小的差异,从此走上了不同的发展道路?人类只能通过蛛丝马迹来研究它们与地球的差异,并且寻找生命可能留下的痕迹

Laminar flow

我们应该学会去理解别人的观点,不仅仅是服从和被告知。

Project Che

我们应该学会去理解别人的观点,不仅仅是服从和被告知。

我们应该学会去理解别人的观点,不仅仅是服从和被告知。
我们应该学会去理解别人的观点,不仅仅是服从和被告知。
时代的水流漫过了每一只筏子,浸湿了我们的脚,而大雨迟早要来。

开门见山,明知山有虎

所有火中取栗、蹈火赴汤和洞若观火的报道,都是易燃品。