文/ 江山

金星是人類早期深空探測的寵兒。上世紀(jì)60～80年代蘇聯(lián)和美國向其派出多個探測器。今年6月份，美國和歐洲相繼宣布要派“特使”探訪金星，加上此前俄羅斯也宣布計劃“重返金星”，人類對這個地球的“孿生兄弟”正表現(xiàn)出新的興趣。

▲ 麥哲倫號金星探測器拍攝到的金星地表圖

金星過往的探測

金星逐漸淡出人類視線的原因之一，是上世紀(jì)80年代末90年代初蘇聯(lián)經(jīng)濟(jì)困難和最終解體使其無暇顧及金星探測。截至目前，Venera-Gallay-1/2 探測器成為蘇聯(lián)/俄羅斯最后一個成功發(fā)射的行星探測器。另外，上世紀(jì)90年代以來，美國宇航局把無人行星探測的重點(diǎn)放在了火星上，因?yàn)槿藗冊谶@顆紅色星球上發(fā)現(xiàn)了曾經(jīng)存在過水的痕跡，吸引不同國家的多個軌道器、著陸器和漫游器“前赴后繼”去探個究竟。由于金星表面溫度非常高，即使最成功的著陸器在金星上也只能挺過幾個小時。因此，相比火星，人類獲得的金星數(shù)據(jù)要少得多。

金星與地球大小、質(zhì)量和組成差不多，且是內(nèi)太陽系的鄰居，但因所經(jīng)歷的極端惡劣的溫室效應(yīng)且如今被厚厚的有毒大氣包裹而常常被看作地球的“惡魔孿生兄弟”。經(jīng)過研究，科學(xué)家認(rèn)為金星并不一直都是“煉獄”。幾十億年前，它曾經(jīng)是一個像地球一樣的宜居星球，氣候溫和、溫度適宜、河流縱橫、海洋廣闊，但約幾億年前的溫室效應(yīng)等原因改變了金星的命運(yùn)。

近年來，隨著尋找地外生命熱的興起，金星成為天文生物學(xué)家感興趣的目標(biāo)?？茖W(xué)家們?nèi)ツ?月宣布，基于對地基紅外和微波觀測數(shù)據(jù)的分析，他們發(fā)現(xiàn)金星大氣中可能有磷化氫。在地球上，磷都是由生命在厭氧環(huán)境下產(chǎn)生的。金星大氣中發(fā)現(xiàn)的磷化氫有可能是由高層大氣中的生命產(chǎn)生的，但也有科學(xué)家對這一發(fā)現(xiàn)提出了質(zhì)疑。

研究系外行星演變的科學(xué)家對金星產(chǎn)生濃厚興趣的原因，是他們認(rèn)為了解金星和地球之間的差異對認(rèn)識行星以及宜居條件是如何演化的十分重要。人類把目光再次投向金星還有一個現(xiàn)實(shí)原因，確切掌握金星是如何從宜居星球變成灼熱煉獄的過程對人類更好地保護(hù)地球大有裨益。目前人類大規(guī)?？撤ド帧⑷紵剂系刃袨?，正在把地球環(huán)境變得越來越糟糕。人類向大氣中排放的二氧化碳等吸熱性強(qiáng)的溫室氣體逐年增加，大氣的溫室效應(yīng)也隨之增強(qiáng)，其引發(fā)的一系列問題已引起廣泛關(guān)注。溫室效應(yīng)可追溯到對金星的研究，因?yàn)槟抢飶?qiáng)烈的溫室效應(yīng)導(dǎo)致了其大氣的極端升溫。

▲ “水手10號”對金星的成像圖

▲ 歐空局“金星快車”在軌示意圖

進(jìn)入新世紀(jì)以來，只有歐洲和日本開展了金星軌道器任務(wù)。此外，人類只能利用從金星旁邊飛過的其他探測器做有限觀測，很多研究人員一直在倡議開展全面深入的金星探測任務(wù)。

日趨升溫的金星探測

美國宇航局：“達(dá)芬奇+”攜手“真相”

6月2日，美國宇航局局長納爾遜宣布，在美國宇航局“發(fā)現(xiàn)”計劃最新一輪任務(wù)選定工作下選取了兩項(xiàng)金星探測任務(wù)。名為“達(dá)芬奇+”和“真相”的探測器將在本世紀(jì)20年代末發(fā)往金星。這兩項(xiàng)姊妹任務(wù)都旨在搞清金星是如何變成能把地表上的鉛熔化的一個煉獄般的星球的。這是美國宇航局30 多年來首次宣布要開展金星無人探測任務(wù)，即美國宇航局1989年發(fā)射麥哲倫雷達(dá)測繪軌道器之后首度發(fā)射金星專項(xiàng)探測任務(wù)。誕生于1992年的“發(fā)現(xiàn)”計劃旨在支持經(jīng)常性地開展費(fèi)用封頂、科學(xué)目標(biāo)針對性強(qiáng)的太陽系探測任務(wù)。

▲ 美國宇航局局長納爾遜宣布，“達(dá)芬奇＋”和“真相”將在20年代末前往金星

▲ “達(dá)芬奇＋”將攜帶探測裝置闖入金星大氣，以測定其成分

“達(dá)芬奇+”的全稱是“金星惰性氣體、化學(xué)與成像大氣深入調(diào)查+”，將2 次飛越金星，測量其大氣循環(huán)和熱輻射等相關(guān)數(shù)據(jù)。之后會把一個球形下降裝置送入金星大氣，用來精確測量不同高度上的大氣成分。這將有助于科學(xué)家認(rèn)識金星大氣的形成和演化，確定金星上是否有過海洋，并有助于認(rèn)識其失控的溫室效應(yīng)是如何發(fā)生的。下降探測裝置上的相機(jī)將拍攝被稱為“鑲嵌地塊”的地質(zhì)特征的高分辨率圖像。那些地質(zhì)特征可能類似于地球上的大陸。

“真相”全稱為“金星輻射、射電科學(xué)、合成孔徑雷達(dá)干涉測量、地形學(xué)與光譜學(xué)”，將利用合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)從軌道上對金星進(jìn)行測繪，包括測繪表面巖石類型，進(jìn)而制作首份金星表面成分地圖，而這對于了解金星上水的歷史非常重要。從某種角度來說，它可以說是美國宇航局麥哲倫探測器的升級版，其測量精度將大幅提升。它還將搜尋紅外輻射，從而有望幫助科學(xué)家確定那里是否存在活火山。

“達(dá)芬奇+”任務(wù)將由美國宇航局戈達(dá)德航天飛行中心牽頭，而“真相”則將由噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室主抓。兩項(xiàng)任務(wù)的探測器本體都將由“洛·馬”承造。每項(xiàng)任務(wù)估計需耗資5 億美元，擬在2028～2030年間發(fā)射。發(fā)往金星的最優(yōu)發(fā)射窗口大約每隔19 個月出現(xiàn)一次。發(fā)射合同將在每項(xiàng)任務(wù)研制的后期簽訂。

除了主科學(xué)載荷外，這兩項(xiàng)任務(wù)還都將搭載技術(shù)驗(yàn)證裝置。“真相”將搭載已在2019年隨一顆地球軌道衛(wèi)星上天的一款深空原子鐘的升級型號，將對射電科學(xué)觀測和探測器自主機(jī)動有所幫助。“達(dá)芬奇+”將搭載一臺新型紫外成像光譜儀。

美國宇航局“發(fā)現(xiàn)”計劃科學(xué)家瓦格納說，“我們對金星的了解之少令人驚訝，但這兩項(xiàng)任務(wù)的綜合成果將告訴我們這顆行星的情況，包括其天上的云、表面上的火山乃至其最核心的部分，這就像是我們重新發(fā)現(xiàn)了該行星”。

歐空局：“展望”接續(xù)“金星快車”

無獨(dú)有偶，在美國宇航局宣布選定兩項(xiàng)金星探測任務(wù)僅一周后，歐空局也把一項(xiàng)金星軌道探測任務(wù)選定為其下一項(xiàng)中級科學(xué)任務(wù)。該局6月10日宣布，“展望”（EnVision）將成為其下一項(xiàng)M 級（中級）科學(xué)任務(wù)。該軌道器將配備成套的光譜儀、探測儀和雷達(dá)設(shè)備，目標(biāo)是回答以下這些問題：金星與地球的尺寸和組成較為相似，但是為什么金星經(jīng)歷了如此巨大的氣候變化？金星經(jīng)歷了哪些過程才演變成目前這種狀態(tài)的？地球未來的命運(yùn)會像金星一樣嗎？

“展望”最早將會在2031年由阿里安6 火箭發(fā)射。到達(dá)金星后要利用金星大氣來做氣動制動，最后進(jìn)入最終的科學(xué)軌道，開展為期4年的科學(xué)探測任務(wù)。歐空局未披露“展望”任務(wù)估計將耗資多少，但在該局“宇宙愿景”科學(xué)任務(wù)框架下，M 級任務(wù)的耗資擬控制在5 億歐元（6.1 億美元）上下。

▲ 美國宇航局的“真相”金星探測器

▲ 歐空局的“展望”金星探測軌道器

金星對歐空局來說并不陌生，歐空局曾于2005年發(fā)射金星快車探測器，主要用于研究金星表面的空氣動力學(xué)和化學(xué)成分，了解金星表面的大氣特點(diǎn)；研究太陽風(fēng)對金星表面空氣的影響以及行星的發(fā)展和演變?！罢雇睂⒔永m(xù)歐空局的“金星快車”軌道探測任務(wù)。與“金星快車”以大氣研究為主不同，“展望”將確定金星地質(zhì)活動的性質(zhì)和現(xiàn)狀及其同大氣活動的關(guān)聯(lián)，更好地認(rèn)識金星與地球的演化路線為何大不相同。

歐空局和美國宇航局并未就這些任務(wù)的選定及其時間安排進(jìn)行協(xié)調(diào)，但雙方都樂見這些任務(wù)之間實(shí)際存在的互補(bǔ)性。美歐雙方都在參與對方的任務(wù)?！罢雇鄙戏Q為VenSAR 的合成孔徑雷達(dá)將由美國噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室提供，而意大利航天局和法國國家空間研究中心正在為美方的“真相”探測器提供一臺類似的雷達(dá)，德國宇航中心將為“真相”提供紅外測繪儀。

俄?。骸敖鹦荄”與“金星船”

其他一些國家也在規(guī)劃開展金星探測任務(wù)。蘇聯(lián)時期曾在金星探測領(lǐng)域領(lǐng)跑的俄羅斯近年來一直在推進(jìn)被稱為“金星D”的一項(xiàng)任務(wù)方案。該方案包括軌道器和著陸器，可能會有美國宇航局的某些參與，擬不早于2026年發(fā)射。俄羅斯國家航天集團(tuán)公司總經(jīng)理羅戈津一直稱要讓俄重返金星。他說，金星一直是一顆“俄羅斯行星”，研究金星會有助于科學(xué)家掌握如何應(yīng)對地球上的氣候變化。

▲ 俄羅斯“金星D”探測任務(wù)

▲ 印度金星探測

▲ 光子衛(wèi)星平臺

印度正在研制名為“金星船”的一個金星軌道器，計劃于2024年年底發(fā)射，并以2026年年中為備份時間。該軌道器重約2500 千克，將攜帶包括合成孔徑雷達(dá)和其他儀器在內(nèi)的一套科學(xué)有效載荷。主要目標(biāo)是要測繪金星表面和亞表面，同時研究金星大氣化學(xué)成分和與太陽風(fēng)的相互作用。“金星船”計劃由印度GSLV-2 型火箭發(fā)射。為了讓探測器能攜帶更多儀器或燃料，任務(wù)團(tuán)隊(duì)也在評估是否可采用運(yùn)力更強(qiáng)的GSLV-3 型火箭。“金星船”將是印首次金星探測任務(wù)，將開展為期4年多的研究。

私人項(xiàng)目：“電子號”將送“光子”闖金星

對金星感興趣的并不只有財大氣粗的政府部門?；鸺龑?shí)驗(yàn)室公司這個小運(yùn)載和小衛(wèi)星研制廠家也要挑頭開展一項(xiàng)小規(guī)模的金星探測任務(wù)?；鸺龑?shí)驗(yàn)室公司首席執(zhí)行官貝克曾多次表示，該公司正著手開展一項(xiàng)小衛(wèi)星任務(wù)，將闖入金星大氣，尋找磷或其他生命標(biāo)志物。這次金星探測任務(wù)最早2023年就會發(fā)射。這項(xiàng)任務(wù)將由該公司自己的“電子號”火箭發(fā)射，并將采用其“光子”衛(wèi)星平臺的一個型號。光子平臺已在一次發(fā)射中做了在軌驗(yàn)證。貝克表示，“金星是太陽系中價值被低估得最厲害的行星。地球或可吸取金星溫室效應(yīng)失控的教訓(xùn)。從科學(xué)上說，我們能從金星學(xué)到非常多的東西”。

其他私人項(xiàng)目也已開始萌芽。由億萬富豪尤里·米爾納出資的突破倡議基金會2020年宣布將會為金星潛在生命研究出資。

有人說金星是一塊“羅塞塔石碑”，可以讓人們了解行星氣候變化、宜居條件演變以及表面海洋消失后會發(fā)生什么變化等信息。讓我們靜候各路“淘金”人馬帶來更多發(fā)現(xiàn)，早日揭開金星的神秘面紗?！?/p>