NASA计划中的两个金星探测任务有哪些令人激动的地方?

2021年06月18日 18:45 次阅读 稿源:cnBeta.COM 条评论

几十年来,对我们太阳系的探索不断深入,但因为难以到达和环境恶劣的原因,我们的邻星之一金星基本上没有被研究,现在,情况即将改变。在美国宇航局太阳系探索计划的最新公告中,有两项任务已经获得批准,它们都将前往金星。这两项雄心勃勃的任务将在2028年和2030年之间发射。

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这标志着美国宇航局行星科学部门的方向发生了相当大的变化,自1990年以来,该部门就没有向金星派遣过任务。这是因为金星是一个充满敌意的世界。它的大气层含有硫酸,表面温度高到足以融化铅。人们起初认为金星诞生时与地球非常相似,那么后面发生了什么?

在地球上,碳主要被困在岩石中,而在金星上,它已经逃到了大气中,这使其大约有96%的二氧化碳并带来了失控的温室效应将表面温度推高到750开尔文(470℃或900℉)。

这个星球的历史使它成为研究温室效应和学习如何在地球上管理温室效应的绝佳场所,我们可以使用绘制金星大气极端情况的模型,并将其结果与我们在地球看到的情况进行比较。

但是,极端的表面条件是行星探测任务避开金星的原因之一。高温意味着非常高的压力,90巴(大约相当于水下一公里)的压力足以瞬间粉碎大多数行星登陆器。因此,前往金星的任务并不总是能够按计划进行。

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金星表面的照片,由Venera 9登陆器拍摄。资料来源:维基媒体/泰德-斯特雷克

迄今为止人类对金星所做的大部分探索是由当苏联在20世纪60年代和80年代之间进行的。但美国宇航局1972年的先锋金星任务和欧洲航天局2006年的金星快车任务也都探测过金星。

第一次着陆发生在1970年,当时苏联的金星7号由于降落伞熔化而坠毁。但是它成功地将20分钟的数据传送回地球。第一张金星表面图像则是由金星9号拍摄的,随后是维纳拉10号、13号和14号。         

下降任务

美国宇航局选定的两项任务中的第一项将被称为Davinci+(金星深层大气中的惰性气体、化学和成像调查的简称)。它包括一个下降探测器,这意味着它将在大气层中下降过程中就开始进行测量。下降过程有三个阶段,第一个阶段是调查整个大气层。

探测器将详细观察大气层的组成,在下降时提供每一层的信息。我们知道硫酸被限制在大约50公里(30英里)高的云层中,而且我们知道大气中97%是二氧化碳。但是研究微量元素可以提供关于大气层如何结束在这种状态的信息。第二阶段将观察较低的高度,详细测量天气属性,如风速、温度和压力。

最后一个阶段是拍摄高分辨率的表面图像。虽然这在火星上非常常见,但在金星上却一直是个挑战。厚厚的云层意味着可见光被反射,因此从地球或轨道上进行观测并不实际。地狱般的表面条件也意味着部署漫游车是不现实的,悬浮在空中的气球任务看上去才是可行的。

人类目前获取到一个金星表面的低分辨率图像,这要归功于美国宇航局1990年的麦哲伦任务,该任务使用雷达绘制了金星表面。Davinci+探测器将在下降过程中使用红外光拍摄表面图像。这些图片不仅可以更好地规划未来的任务,还可以帮助科学家研究表面是如何形成的。

绘制表面地图

第二个任务被称为Veritas,是金星反射率、无线电科学、InSAR、地形学和光谱学的简称。这将是一个更标准的行星任务。轨道飞行器上将携带两台仪器来绘制表面图,以补充来自达文西的详细红外观测。

其中的一台相机可以在一系列的波长中进行观测。它可以看穿金星的云层,以调查大气和地面的组成。这项任务是非常困难的,因为表面温度导致反射光具有非常广泛的波长范围。Veritas将使用通常用于研究系外行星大气层的技术来补偿这一问题。

波长相机也将寻找水蒸气的迹象。金星快车任务显示,逃离金星大气层的主要元素是氢和氧,因此,如果有任何水,它将是极少量的,或在表面之下的深处。

第二个仪器是一个雷达,利用了一种在地球观测卫星上广泛使用的技术。一个非常大的有源无线电接收器--对高分辨率图像非常重要--使用指向航天器前面不同角度的无线电脉冲进行模拟。高分辨率的雷达图像将创建一个更详细的地图来调查金星的表面演变,以及确定是否有任何构造或火山活动。

这些任务还可以为一种理论增加证据,即金星表面在5亿年前完全融化,这是为了解释表面缺乏陨石撞击的原因,但到目前为止,还没有发现火山熔岩层的证据,而火山熔岩层是由这种重新浮现的结果。

令人激动的是,美国宇航局已将其行星任务的视野转向金星。对于任何崭露头角的宇航员来说,恐怕在不久之后将人类送往那里的机会是不存在的。但是,从地球上这个基本上被遗忘的姐妹身上所获得的信息,对于了解我们的世界将具有非常高的价值。

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