去金星　不畏難

吳青

金星氣球定居點（想象圖）。

地球附近的一顆行星或許能解釋太陽系生命起源。這顆星很可能曾經(jīng)被汪洋覆蓋。在幾十億年時間里，它可能曾具備生命生存條件。一些天文學家渴望讓飛船登陸這顆星。這顆誘人之星不是火星，而是金星。

盡管金星有這么大的吸引力，它卻是太陽系中最令人費解的天體之一。部分原因是今天的金星如同地獄，溫度高得能熔化鉛，還有令人窒息的硫酸云。1974年，蘇聯(lián)“金星9”和“金星10”登陸器向地球發(fā)回金星表面令人失望的照片后，蘇聯(lián)航天控制中心一位高官這樣說道：“如果你想以最可怕方式處決一個十惡不赦的罪犯，就把他丟到金星上。”

今天即便在美國宇航局內(nèi)部，也有人認為讓登陸器探測金星難度太大。但雄心勃勃的金星探索者們說，他們已經(jīng)掌握一些應對金星嚴苛環(huán)境的技術，并且在積極研發(fā)更多應對金星環(huán)境的技術。不過，因為缺乏資金，探測金星的新任務遲遲不能付諸實施。

2017年，包括發(fā)射金星繪圖軌道器、金星大氣穿越探測器、金星登陸器（它的設計理念包括用激光轟擊金星巖石）等在內(nèi)的5個金星探測計劃均被美國宇航局否決。但這些項目所需的技術都被認為基本可行，激光團隊最終獲得了對技術研發(fā)的資金支持。美國宇航局指出：該局的探測任務選擇過程極具競爭性;地球的所謂“孿生姊妹”——金星的確是一個絕妙的天體，有重要的科學探索意義，熱衷于金星探測的科學家們依然需要繼續(xù)爭取未來的探測機會。

“金星9”（上圖）和它發(fā)回地球的金星表面照（下三圖）。

造訪金星

遠遠看去，金星和地球頗有幾分相似。因此，人們或許會以為金星像地球一樣存在生命。的確，金星和地球的大小、質量相仿，而且金星更靠近太陽周圍的可居地帶（這里的溫度支持行星表面液態(tài)水的存在）?？茖W家需要了解：是什么讓金星走上了通往地獄之路，而讓地球踏上了生命旅途？

在過去10年中，一些軌道器已經(jīng)對金星進行過探測，其中包括任務期從2006年到2014年的歐空局“金星快車”和在2015年進入環(huán)繞金星軌道的日本“破曉”軌道器。美國宇航局“麥哲倫”飛船1994年墜入金星大氣層焚毀。過去差不多30年來，美國宇航局內(nèi)部的金星探測任務建議不下幾十個，但沒有一個獲準。1985年至今，沒有任何飛行器在金星表面著陸。

金星探測任務的一大障礙，是金星濃密的大氣層。在“破曉”最近拍攝的圖像中，被大氣層遮蔽的金星看上去就像是一個光滑的奶白色大理石球。金星大氣中96.5%是二氧化碳，它幾乎阻擋了科學家的視線。因此直到2011年，科學家都以為在軌道中運用光譜學（即把來自一個天體的光線分成不同波長以了解該天體構成的技術）是無法揭示金星表面構成的。

但實際上，金星大氣層對光的至少5個波長是透明的，這有助于辨別不同礦物質?！敖鹦强燔嚒弊C明這行得通：通過觀測其中一個紅外波長，就能讓科學家看到可能是活躍火山活動跡象的熱點地區(qū)。當然，軌道器利用其他4個波長，還可能取得更多發(fā)現(xiàn)。

歐空局“金星快車”探測金星（想象圖）。

金星表面的多座火山（雷達成像）。

金星地表

要真正了解金星地表，就必須進行實地考察。但金星登陸器不僅要與金星的不透明大氣抗爭，而且必須找到安全著陸點。迄今為止，金星表面的最佳地圖（依據(jù)來自“麥哲倫”的雷達數(shù)據(jù)繪制）的像素也很低，根本不能顯示可能讓登陸器發(fā)生側翻的巖石或斜坡。

科學家正在測試一種計算機視覺技術，它可能將有助于登陸器在金星大氣層里的下降過程中繪制登陸地點地圖。隨著登陸器下降，對它從不同角度拍攝的金星表面靜止地貌圖像進行快速分析，就可能創(chuàng)建金星地面的立體地圖。

科學家最近利用直升機在美國馬里蘭州一家采石場上空試驗了這種技術，其結果表明可標繪直徑不到半米的圓石，最終得到很漂亮的地貌地圖?？茖W家相信，雖然金星大氣層如此模糊，登陸器在下降過程中的繪圖任務看似行不通，但其實該任務行得通?？茖W家將在這方面進行深入試驗。

一旦登陸器在金星表面著陸，它就面臨下一個挑戰(zhàn)：活下來。第一批金星登陸器是蘇聯(lián)在20世紀七八十年代發(fā)射的“金星”系列登陸器，它們大都只存活了大約1小時。其中最長命的是1982年登陸金星的“金星13”，它活了2小時7分鐘。金星表面溫度高達大約460℃，大氣壓是地球海平面的大約90倍，因此登陸器在金星表面撐不了多久就會被燒化、壓扁或被酸性大氣腐蝕。一些科學家認為，不能指望今天的金星著陸器會比前輩好很多。

美國宇航局金星環(huán)境模擬裝置。

經(jīng)過21.7天測試后。處于金星模擬條件（460℃、地球大氣壓的90倍）下的電子器件雖然焦黃。但仍然可運作。

美國宇航局克利夫蘭格里恩研究中心的一個團隊，正在設計一艘任務壽命可持續(xù)數(shù)月的金星登陸器。這種被稱為“長命現(xiàn)場太陽系探測器”（簡稱LLISSE）、尚處于設計理念中的登陸器不會使用吸熱或通過降溫反制高熱的技術，而是利用由碳化硅（俗稱金剛砂，能耐受金星高溫）制成的簡單元器件來組裝。

該團隊已經(jīng)在一個金星模擬艙（“格里恩極端環(huán)境裝置”）中測試了LLISSE的電路。這個模擬艙的外形就像一只巨大的湯罐，罐壁厚度為6厘米。在艙中模擬的金星大氣中呆了21.7天后，這些電路依然正常運作。由于測試期限已到，試驗停止。但很明顯的是，這些電路還能運作更長時間。最終，該團隊希望能研制出能運作60天的金星登陸器。在金星上，運作時間這么長的登陸器完全可以發(fā)揮一座氣象站的職能，監(jiān)測金星大氣隨時間的改變情況。而這樣的工作，之前還從未被嘗試過。

解讀巖石

在能夠監(jiān)測金星大氣之后，又出現(xiàn)一大挑戰(zhàn)：科學家必須解讀探測數(shù)據(jù)在講述什么。金星巖石與金星大氣的交互，不同于地球巖石與地球大氣的交互，也不同于火星巖石與火星大氣的交互?？茖W家基于巖石反射和發(fā)射的光來識別巖石，但因為礦物質晶體結構的不同，高溫高壓會以不同方式導致光的頻變。就算科學家獲得了金星巖石數(shù)據(jù)，對這些數(shù)據(jù)的解讀也很棘手。科學家承認，他們甚至不知道該尋找什么。

在金星模擬艙進行的試驗有助于設定底線?？茖W家可以讓巖石和其他礦物質在模擬艙里連續(xù)呆數(shù)月，看它們會發(fā)生什么。在德國柏林的行星研究院，科學家利用高溫艙進行與金星模擬艙類似的試驗?？茖W家嘗試了解金星表面物理學原理，是為了對未來探索做更好的準備。

被美國宇航局否決的兩項金星任務設想采用的是不同的策略。“金星現(xiàn)場大氣及地質化學探索者”（簡稱VISAGE）提出者的理念是：把金星巖石粉末送進登陸器內(nèi)部一個維持地球環(huán)境條件的艙室，在那里測量這些粉末?！敖鹦乾F(xiàn)場組成調查”（簡稱VICI）提出者的理念是：用激光照射金星巖石，分析產(chǎn)生的塵霧。美國宇航局“好奇”火星車采用了這種技術，但金星大氣層可能會導致對檢測結果的理解難度加大。VICI理念的提出者正在美國新墨西哥州的洛斯阿拉莫斯國家實驗室金星模擬艙中試驗該技術。該團隊確信該技術行得通，但他們還需要更多研究才能讓更多人接受他們的觀點。

如果金星探索者們的雄心不是太大，那么希望就更近了。美國宇航局2017年提出了一個叫作“金星橋”的計劃，希望以2000萬美元以內(nèi)的成本推進金星探測任務。這個數(shù)字與最近提出的金星探測建議任務的預算相比還不到一半，甚至遠遠不及一半。有科學家認為，預算少反而能推動創(chuàng)新，況且最近的技術進步意味著現(xiàn)在有辦法探索10年前連想都不敢想的東西?？傊辛祟A算限制，偉大的目標更可能實現(xiàn)。

但也有人指出，花那么少的錢想取得大的科學進步不太可能。顯然，熱衷于金星探索的科學家群體中已出現(xiàn)分歧，但通過多次較小規(guī)模任務去了解金星總比任務遲遲不能實施好得多。雖然美國宇航局至今未批準新的金星探測任務，但科學家表示絕不放棄這方面努力。

美俄合作

另一方面，美國可能正在無形中幫助俄羅斯的下一次金星探測任務。2017年，一個由美國宇航局資助的團隊在俄羅斯航天研究院與俄方科學家會晤，雙方?jīng)Q定繼續(xù)合作推動俄羅斯的“金星D”（意為“永恒金星”）任務。

“金星D”任務計劃是，在讓一艘登陸器著陸金星表面的同時部署環(huán)繞金星的軌道器。該任務的科學目標主要是探索有關金星大氣以及它與金星表面如何交互的重要問題。登陸器將在金星表面運作好幾個小時，這是可行的，畢竟蘇聯(lián)金星登陸器已經(jīng)在金星表面創(chuàng)下過存活幾小時的紀錄。

俄羅斯“金星D”探測金星（想象圖）。

俄羅斯金星任務團隊表示，地球全球科學家都對地球的演化趨勢感興趣。換句話說，研究金星可能有助于科學家搞清楚：地球是否也會像金星那樣踏上“不歸路”？“金星D”任務尚未被確認，就算發(fā)射也要等到2025年之后。如果進展順利，“金星D”可能將有助于把金星推至行星探測的前列。

金星生命

在超過46億年的演化歷程中，溫室效應最終把金星變成了比距離太陽最近的水星還高熱的行星。雖然新的金星登陸器尚未被列入美國宇航局議事日程，但這并不妨礙該局科學家對未來金星探測做大膽猜想。該局一個科學團隊2017年提出一個叫作“高高度金星運作架構”（簡稱HAVOC）的理念，也就是把一個膨脹式實驗室放到金星云層之上。

根據(jù)該理念，一枚搭載膨脹式載人實驗室的火箭從地球發(fā)射抵達金星附近后，實驗室與火箭分離，然后通過降落傘讓實驗室下降到距離金星表面更近的地方。實驗室將飄浮于金星酸性云層上方50千米，科學家在這個實驗室里分析金星及其云層。

美國宇航局在一份聲明中說，按照HAVOC理念，一艘比空氣還輕的運載工具（比如太空帆）可能把一組探測儀器或一個居住艙及搭載兩名宇航員的上升飛船送到金星附近，從事為期一個月的探索。完成一次這樣的任務所需時間比一次載人火星任務還短。

當然，目前這樣的理念還處于純屬假想階段，因為要實現(xiàn)這樣的理念還面臨一系列技術挑戰(zhàn)。美國宇航局在聲明中說，如此金星之旅的重要技術挑戰(zhàn)包括在金星和在地球的大氣俘獲操作、在金星附近插入飛艇實驗室和讓實驗室膨脹、保護太陽能電池板及實驗室架構不受金星大氣層中硫酸破壞等。聲明還說，隨著技術進展和這類金星探索理念的進一步細化，金星大氣層任務可能拓寬人類探索太空的未來愿景。

美國宇航局最新設想的金星大氣可居住飛艇（想象圖）。

美國宇航局之前預計金星云層中可能有生命存在。宇航局內(nèi)外多位科學家表示，目前既不能肯定也不能忽視金星云頂存在微生物生命的可能性。要想查明這種可能性的真假，唯一途徑就是對金星大氣層做取樣檢測。

事實上，早在2014年12月，美國宇航局蘭利研究中心系統(tǒng)分析及理念委員會兩位科學家就指出，金星表面上空50千米處的引力和氣壓都與地球相似，氣溫保持在75℃左右。如果在這里建立飄浮“云城”，就能比在火星更好地避開太陽輻射。換句話說，長期來看，在金星上空建立人類定居點或許比在火星上容易。

“金星實地探索者”飛艇機器人（想象圖）。

高溫測試

通過模擬金星環(huán)境，科學家在德國研究怎樣從未來金星探測任務中采集和詮釋數(shù)據(jù)。左圖中，隨著模擬艙中溫度升至480℃，裝著冰球大小礦物質碟狀物的不銹鋼杯子發(fā)出紅光。這種發(fā)光導致基于發(fā)光對礦物質的分析變得不可能。右圖中，一種新型陶瓷在相同條件下變得勉強可見，因此對分析的干擾較少。