金星是地球邪恶的双胞胎”,太空机构再也无法抗拒它的吸引力

直升机跌落如石。它在马里兰州上空下降了1500多米,随着地面越来越近,略有扭转。尽管这一切都是按计划进行的,但这并没有解决詹姆斯·加文的紧张情绪。没意识到他的安全带没有完全系紧的那一刻使他的心跳猛增。

然后,在离地面仅6米的地方,当飞行员将飞机从坠落中滑出并向天空爬升时,飞行变得更加野蛮,之后又再次坠落。那天那架直升机跌了十倍。每次,加文(Garvin)都会通过敞开的门将照相机对准地面,以试图测量从巨大的巨石到光滑的沙石下面的一个采石场的地形。尽管他的兴趣几乎不是地面的。

加里文是马里兰州格林贝尔特市NASA戈达德太空飞行中心的首席科学家,他是对金星的一项拟议任务的主要研究人员,该任务将对金星进行探测。这就是为什么他在2016年8月聘请两名飞行员将一架直升飞机跌落到地面时,他测试了金星探测器可能拍摄的东西。痛苦的旅程是值得的:研究人员希望获得如此详尽的金星照片,以使风景变得熟悉。他说:“这些图像就像你在后院降落一样。”

加文并不是唯一一个准备完成如此大胆任务的科学家。目前,全球几乎每个航天局都在草拟一项计划,以探索我们长期以来被忽视的邻居(请参阅“金星十年”)。印度空间研究组织(ISRO)将在2023年向金星发射轨道飞行器时首先升空。美国可能紧随其后。加文和他的同事是为数不多的几个小组之一,不久将向NASA提出任务,如果被选中,将在2025年起飞。欧洲航天局(ESA)目前正在考虑一项有关在2032年向金星发射轨道器的提议。俄罗斯航天局Roscosmos正在与美国合作,在2026年至2033年之间的任何时候向该星球发送一个大胆的飞行任务,其中包括一个轨道飞行器,一个将返回短期读数的着陆器以及一个用于将生存更长的时间。

新发现的兴趣与以下事实形成了鲜明的对比:各国长期以来一直在追逐火星,小行星和其他行星而忽视了金星。例如,在过去的65年中,美国宇航局已向火星发送了11颗轨道器和8架着陆器,但向金星发送了2颗轨道器,自1994年以来没有一个。这并非缺乏科学兴趣。自1990年代中期以来,仅美国科学家就向NASA提交了近30项金星建议。没有人被批准。

但是探索金星的势头正在增强,部分原因是科学家表示,它可能是了解使行星宜居的秘密。曾经是地球的双胞胎,今天的金星是一个地狱般的居所,地表温度达到400摄氏度以上,大气压力以足够大的力猛然撞击,压碎了重型机械,而硫酸云层则吹向天空。如果研究人员能够解释为什么金星上的条件如此致命的原因,那将有助于他们评估在整个银河系中天文学家发现的几千多个岩石世界中是否可能存在生命。

随着探索金星的科学依据的发展,行星科学家们正在梦想着研究行星的新方法,并正在实验室中构建可以在其表面恶劣条件下生存的技术。在印度的领导下,不久可能会有成群的探测器从太阳向第二块岩石前进。

巴黎天文台的行星科学家托马斯·维德曼(Thomas Widemann)说:“这可能是金星新十年的开始。”

双重麻烦

当人类最初冲向恒星时,它冒险进入金星。我们的邻居是首次成功进行星际探测的目标(美国,1962年);任务坠毁的第一个行星(苏联,1965年);也是第一个成功登陆的外星世界(苏联,1970年)。正是在这次与金星的太空竞赛中,科学家们发现了一个充满了火热和有毒的世界(参见“历史任务”)。这可以解释为什么对金星的兴趣减少了。科学家很快意识到,这颗行星将不再是人类未来探索的家园,也不是寻找生命的出路。即使是很短的时间,也很难学习。

然而,在很多方面,“维纳斯”是地球的两倍。最近的研究甚至表明,它看起来像地球已经三十亿年了,而广阔的​​海洋本可以对生命友好。“什么使我的想象着火了?”马萨诸塞州南哈德利的霍利奥克山学院的行星科学家达比·戴亚尔(Darby Dyar)说。“既然如此,进化有足够的时间付诸实践。”

这可能意味着金星是(有点出乎意料)太阳系中的第一个宜居行星-在这个地方,生命的产生与地球上一样容易产生。仅此一项便是重返昔日海洋世界的原因。“为什么我们要花那么多时间在火星上寻找生命,因为它只有4亿年的液态水?” Dyar问。“然后那里有30亿年的金星水,没有人爱她。”?/ p>

但是毫无疑问,出了什么问题。尽管地球和金星以相似的方式开始,但两者却沿着截然不同的进化路径徘徊了-大概在7.15亿年前就已经分开了。这似乎是一个不去拜访的理由,但科学家现在认为,这使这个星球更加吸引人。如果研究人员只能了解导致金星发生如此致命的变态的原因,那么他们可能会更好地了解导致地球成为生命的天堂的原因。

华盛顿特区NASA总部的科学计划经理Adriana Ocampo说:“在这里,我们在理解自己的生命过程中扮演着关键角色,即生命如何在我们自己的星球上进化。”

现在,一个至关重要的问题是,天文学家已经发现了太阳系以外成千上万的行星,其中许多是岩石世界,它们的恒星绕轨道运行的距离与金星和地球离太阳的距离相似。这意味着许多这样的世界可能像金星。加州斯坦福大学的天文学家劳拉·谢弗(Laura Schaefer)说:“在系外行星界,人们越来越认识到金星是我们发现的许多岩石系外行星中太阳系中最好的类似物。”

脱离雷达

如此诱人的问题没有得到回答,很容易看出为什么ISRO重返金星会产生如此巨大的兴奋。戴尔说:“我很高兴ISRO正在这样做。”“泪”很高兴国际社会注意到金星并提出了任务。太棒了。

尽管ISRO的任务被密密麻麻地笼罩了(自然界通过电子邮件多次致电并打电话给项目科学家,但无济于事),但显然该机构计划派遣一架被仪器other住的轨道飞行器。当ISRO于去年年底宣布任务时,它发布了由印度科学家提议的十几种仪器的清单,这些仪器已经被选中-简要介绍了任务。在这些传感器中,有两个将使用雷达对行星进行测绘,这可以说是穿越金星密集云层并从轨道追踪其表面的最佳方法。

也就是说,ISRO是一个相对年轻的太空机构,在月球和火星上成功登陆的次数有限。而且,与其他新兴机构的计划类似,印度的首次金星任务可能是一种概念证明,其重点不在于科学,而在于工程。但是,即使缺少有关金星的基本信息,任何小步骤也将有助于科学。

这样的贡献之一可能是金星表面特征的新地图-科学上的重大进步。绘制地球地形图的最后一项任务是30年前发射的NASA麦哲伦轨道器。尽管这些雷达图仍然是维纳斯地球科学的基础,但它们以平均水平仅为每像素10'-0公里的水平分辨率显示地形细节(图像分辨率可能高出两个数量级)。由于地形数据有限,研究人员对金星的地质情况看不清楚-但现有的地图确实表明板块构造可能会在今天开始发挥作用(请参阅“行星改面”)。

这尤其令人着迷,因为许多科学家认为构造活动是生命的重要组成部分。构造板块(那些像拼图碎片一样组装在一起的地壳互锁板)不断地运动,其中一些滑到其他板块下面,并以俯冲的方式潜入行星内部。在数百万年的时间里,该过程通过在大气层与深层地球之间循环捕集二氧化碳来阻止地球生长得太热或太冷。它起着天然恒温器的作用,这可能意味着烦躁的行星更有可能生活。

因此,科学家渴望破译允许板块构造出现的条件。这就是为什么加利福尼亚州帕萨迪纳市NASA喷气推进实验室的行星科学家Suzanne Smrekar着眼于金星的原因,尤其是某些看上去与现在正在俯冲的地球异常相似的位置。科学家们同意俯冲是迈向板块构造的第一步,但金星上并没有明显的大型活动板块迹象-至少在麦哲伦产生的数十年地图中没有。例如,圣安德烈亚斯断层形成了地球太平洋板块与北美板块之间的构造边界,其宽度从米到千米不等,太窄而无法在麦哲伦地形数据中显示。

但是未来的地图可能会掩盖这种构造特征。Smrekar是VERITAS潜在任务的首席研究员,她和她的团队将很快向NASA提出建议。地球物理任务将使用雷达以比以前更高的分辨率绘制维纳斯地形图,“将精度从大约15公里提高到250米”,并使科学家首次发现像圣安德烈亚斯断层这样小的地貌。

尽管科学家们不知道会发现什么,但他们有可能会发现过去板块构造的证据。斯姆雷卡说,这样的发现可以解释金星为何将类似地球的环境保存数十亿年,“自然恒温器本可以抑制二氧化碳的排放。”这将解释金星如何变成地狱。当板块构造停止时,大气中的CO2含量会增加,并且会捕获大量热量,从而使海洋蒸发。

但这只是一个可能的发现。一些科学家热衷于研究行星大气,其中还存在着另一个同样诱人的秘密。

Garvin提出的名为DAVINCI的探针会掉到大气中,以测量有毒化合物的酿造量。稀有气体(尤其是氙气)的同位素可以为科学家提供一个进入地球火山历史的窗口,并揭示金星是否像地球一样开始于大量的水。加尔文说:“这个隐秘的实验室是在向我们讲述它的历史的潜伏实验室。”“实际上,大气层中的大多数测量结果都非常不完整。”此外,探测器会在“命中”之前的最后几秒钟拍摄表面图像,这要归功于加文恐怖的直升机飞行。

VERITAS和DAVINCI都将参加7月1日举行的NASA竞赛,以进行未来的探索任务-一系列低成本的行星探测器,每个探测器的成本仅为5亿美元。谣传他们并不孤单。在研究太空中各种物体的数十项建议中,可能有多达五个金星任务(包括一个气球)。例如,在2015年NASA上一次发现竞赛中,在选择两项飞行任务之前,考虑了27项建议,从探测横跨太阳系的小行星,卫星和行星到向其外围成像的望远镜。

在今年年底,政府将选择几个任务进行进一步研究,并将在两年内挑选出最终项目。Smrekar和Garvin都希望他们的每一个任务都能被选中,部分原因是他们在上一次Discovery竞赛中提出了相似的任务,并且都与另外三个一起被选中进行进一步研究。如果金星任务之一成功,它将在2020年代中期发射。

即使在该时间段之后,金星仍可能是行星际活动的枢纽。ESA最近与另外两名决赛入围者一起选择了一个名为EnVision的金星探测器,该任务可能最早在2032年进行。像VERITAS一样,EnVision也是轨道飞行器。但是与VERITAS不同,VERITAS可以将整个星球映射到15''0'尘埃的分辨率,EnVision将分析分辨率高达1米的星球的一小部分。以这种精确度,科学家也许能够看到苏联留下的登陆器。

他们甚至可以挑选出着陆器所依靠的岩石类型。这是可能的,因为1990年代初的天文学家发现某些波长的光可以穿过隐藏金星表面的CO2雾度。携带光谱仪调谐到这些透明“窗口”的轨道器可以从云层上方分析行星表面的成分。这是一个令人兴奋的前景,特别是如果科学家可以发现花岗岩。

像玄武岩一样,花岗岩在熔融岩浆冷却并硬化时形成。但是与玄武岩不同,花岗岩配方通常需要大量的水-当富含水的海洋硬壳在另一个板块下面俯冲时,会在地球上发生。因此,如果发现金星富含花岗岩,它可能曾经充满液态水。

这也许是迄今为止最好的暗示,即该星球以前是一个与今天的地球极为相似的淡蓝色点-这是他们分歧故事中的另一个线索(请参阅“水之谜”)。

问题是在金星大气中只有五个狭窄的光谱窗口实际上是透明的。有了这么少的信息,科学家们不确定他们是否能够区分花岗岩和玄武岩。因此,柏林行星研究所的行星科学家J·伯恩·赫尔伯特(Jinn Helbert)使这两种类型的岩石都经历了类似金星的条件,并通过狭窄的频带对它们进行了成像。他的实验表明,这两个岩石光谱看起来彼此根本不同,并且未来的任务可以利用窗户。他和他的同事制造了一种仪器,利用该技巧在金星表面上绘制出任何花岗岩。它将同时在VERITAS和EnVision上运行。

触手可及

为了真正了解表面,许多科学家想将一艘飞船实际放到我们的有毒双胞胎上-这是35年以来尚未实现的壮举。尽管苏联派出了几架登陆器到金星,但幸存下来的那架迅速屈服于地球的恶劣环境:寿命最长的一架只持续了127分钟。

但是科学家希望打破这一记录,并且已经设计出可以持续数分钟而不是数月的技术。位于俄亥俄州克利夫兰的美国宇航局格伦研究中心的一个小组正在建设一个至少可以存活60天的气象站。着陆器不是使用大量的热量来吸收热量或通过制冷来应对这种情况,而是使用可以承受维纳斯环​​境的简单的由碳化硅制成的电子设备(通常用于砂纸和假钻石的硅和碳的混合物)。Glenn研究中心的电子工程师Philip Neudeck说:“金星探索真正改变了游戏规则”。

该团队已经在维纳斯模拟室(14吨不锈钢罐)中测试了电路,该模拟室可以模拟金星表面的温度,压力和特定化学性质。研究人员利用这些结果设计了一种称为LLISSE(长寿命原位太阳系资源管理器)的固定地面探测器,该探测器应在2020年代中期投入使用,并将提供给其他国家。同样位于格伦研究中心的电子工程师加里·亨特(Gary Hunter)说:“欢迎访问维纳斯,使用LLISSE。”他和他的团队精心设计了一款只有烤面包机那么大的着陆器,使它既小又轻,足以在将来的许多任务中搭便车。

尽管尺寸很小,但LLISSE仍能够记录温度,压力,风速,风向,地表太阳能量以及低气压下的一些特定化学物质。它将持续数月,为维纳斯大气层模型提供关键输入。亨特说:“想像一下,如果想说一个人出门127分钟就能知道地球的天气。”这是金星上任何天气数据的当前记录。

Roscosmos的科学家已经渴望使用这项新技术。在与NASA的一项联合提案中,他们正在执行一项名为Venera-Dolgozhivuschaya(后者意味着持久)或简称Venera-D的任务。这样的飞行任务将包括一个组成部分-一个轨道飞行器,一个着陆器和一个寿命长的站。着陆器将包括许多先进的仪器,但只能持续几个小时。寿命长的测站在设计上会更简单,但会继续进行数月的测量。该站很可能是NASA LLISSE。

至少,基准架构“但任务可能包括更多”。今年,Venera-D团队发布了一份报告,该报告涵盖了许多潜在的增加内容,包括可以探索多云气氛的气球。这就为在金星上寻找生命提供了可能性。到目前为止,提出的所有其他任务旨在评估金星在过去是否适合居住。但是气球也许能够在当今唯一可以生存的环境中寻找生命:天空。

“渊欧可以想象,在热的敌对表面和外层空间的冷真空之间的某个地方,存在着像金知更鸟这样的条件,这些条件恰如其分,” Dyar说。该层不仅具有宜人的温度,而且还可以具有营养,液态水和来自太阳的能量。如果地球上曾经存在过生命,那么它可能被带到云层中并在表面变得有毒后在那里生存了下来。

奥坎波认为,即使没有气球,​​Venera-D任务的三个主要组成部分也将提供出色的科学知识。她说:“这将是对维纳斯科学的突破性任务。”“以前”的任务与此类似。

不幸的是,尚未选择Venera-D,许多科学家对此表示了担忧,因为它已经被讨论了很长一段时间,但是仍然没有合适的资金。但是,莫斯科空间研究所的Venera-D任务的首席科学家Ludmila Zasova希望今年可能会改变。

这不是作品中唯一的雄心勃勃的使命。一些美国团队计划将金星项目提交给NASA新前沿计划(上限为10亿美元)以及旗舰任务计划,该计划的费用更高。由于金星的提案在过去的比赛中表现出色(通常落后于选定的提案),因此科学家认为,他们现在很有可能升至榜首。

随着每个航天局关注我们的邻居,金星可能会在未来几十年内接待大量游客。尽管他们都计划以一种或另一种方式解决可居住性问题,但加尔文深信,无论他们发现什么,这将是“我们最疯狂的梦想”?也许他们会证明金星曾经是一个海洋世界。也许他们会发现它今天在构造上很活跃。他说:“需要找出答案。”“因为她等着告诉我们,我不想错过这艘船。”?/ p>

自然570,20-25(2019)

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