著陸陌生星球

文/張唯誠

探索太陽系，人們不僅要將探測器發(fā)送到遙遠天體的附近去觀察它們，還希望能夠直接著陸在這些天體上近距離地研究它們。而在星球上安全著陸往往是決定成敗的關鍵一步。自太空時代以來，人類的探測器在太陽系中的行星、衛(wèi)星、小行星和彗星等主要的星球上都有過令人難忘的著陸時刻，其中火星和月球最受科學家的青睞。

然而，迄今不盡如人意的地方依然很多。例如金星，雖然它距離我們很近，但在金星上著陸并不容易，只有很少的航天器獲得了成功。而木衛(wèi)二，雖然這顆冰凍衛(wèi)星被認為是太陽系中尋找生命最理想的地方之一，但迄今還沒有一個探測器在木衛(wèi)二上著陸。人們經常談到上述兩顆星球，但它們表面的情況究竟如何，人們依然陌生。

現(xiàn)在，科學家們正在努力改變這種狀況，他們設計了一些新的著陸方案，設想未來的宇宙飛船若要降落在金星和木衛(wèi)二上，應該采用怎樣的與傳統(tǒng)方法不一樣的著陸新技巧。

金星是一個很難訪問的世界，這一點科學家們已經有所領教。金星上熾熱的溫度和巨大的大氣壓力，不足兩小時就能摧毀抵達它表面的探測器。但行星科學家們還是非常期待前往金星，因為他們越來越肯定金星曾經是適合居住的。一些科學家還聲稱，他們發(fā)現(xiàn)金星的大氣云層中有微生物活動的痕跡，因為云層中擁有一種通常與某種微生物共存的化學物質——磷化氫。在地球上，磷化氫是由某些細菌釋放的，而金星云層中出現(xiàn)磷化氫意味著在現(xiàn)代金星的上層大氣中也有可能存在微生物。

雖然目前微生物并沒有被證實在金星上確實存在，但金星的環(huán)境曾經宜居的觀點已越來越被學術界所認可，這導致科學家們急于探索金星。他們注意到金星上有一個名為“特塞拉”的山區(qū)地帶，那里的山脈呈脊狀和折疊狀，這很可能是大陸板塊相對運動的結果，表明金星上可能存在著某種形式的構造板塊。板塊的運動把新巖石帶到表面，從而形成了這種折疊狀的山地地形。在地球上，構造板塊的存在和運動，對地球生命的存在和演化起到了非常重要的作用。

進入稠密大氣層

為此，科學家們設計了前往金星的太空任務，這個任務除了有環(huán)繞金星飛行的軌道器外，還有一個可以鉆取和分析特塞拉地區(qū)巖石樣本的著陸器。然而目前看來，著陸器在金星的山區(qū)著陸的難度很大。雖然在20 世紀90 年代，美國宇航局的“麥哲倫號”軌道飛行器繪制了一幅金星地形圖，但這幅圖只是籠統(tǒng)地展示了金星上的大多數(shù)斜坡都小于30 度，但具體的情況并不明確，且無法確定特塞拉地區(qū)的斜坡究竟有多陡峭。也許在某些區(qū)域，其坡度可達到60 度。假如著陸器降落在了這些區(qū)域，就很容易傾倒。因此，著陸器需要某種智能導航系統(tǒng)來選擇最佳的著陸地點并進行導航。

由于金星大氣的密度和壓力非常大，擬議中的著陸器并不能像火星著陸器那樣使用小型火箭發(fā)動機來減速，它使用的是一種風扇式的裝置。風扇能使著陸器幾乎像潛水艇一樣慢慢接近地面，這樣一來，金星上的稠密大氣的劣勢便反而轉變成為優(yōu)勢了。

“麥哲倫號”軌道飛行器拍攝的圖像，顯示金星上被稱為“特塞拉”的山區(qū)地帶，其折疊狀的山地地形可能是地質構造活動的產物

金星表面的三維合成圖像

然而，金星上的稠密大氣還將帶來另一個更大的挑戰(zhàn)，那就是著陸器在金星上降落時很難看清地面的景物。稠密的大氣層，使得金星的表面比地球或者火星上更容易散射光線。一旦著陸器下降到距離地面只有幾千米時，金星表面的視野就變得非常模糊了。

更為糟糕的是，這些散射光線還會讓人產生光源仿佛來自四面八方的錯覺，就像手電筒的光線照射到了霧中一般。這樣一來，金星上的物體就難以出現(xiàn)陰影，陡峭的斜坡或巨大的巖石無法借助陰影凸顯出來，這給安全著陸帶來了很大的風險。一些科學家認為，雖然著陸金星的大多數(shù)挑戰(zhàn)都有近乎可行的解決方案，但無法看清景物仍然是最大的障礙。

著陸冰凍星球

一艘宇宙飛船降落在木星冰冷的衛(wèi)星木衛(wèi)二上（想象圖）

與著陸金星相較，著陸器在木衛(wèi)二上不會遇上濃密的大氣，也沒有熾熱的高溫和巨大的氣壓攔路，木衛(wèi)二表面的景物也是清晰的。但木衛(wèi)二的表面由冰組成，有山脊、溝壑和裂縫，還有少量環(huán)形山。著陸在這種冰凍的星球上，面臨的挑戰(zhàn)依然嚴峻。科學家們正在考慮將用于火星的著陸技術用在木衛(wèi)二的著陸器上，這是一種名為“太空起重機”的著陸裝置，2012 年，“好奇號”火星探測器著陸火星時就首次使用了這種技術。它是一個裝有制動火箭發(fā)動機的懸吊系統(tǒng)，可以將著陸器懸吊著輕輕地“放”到星球的表面。2021 年2 月，“毅力號”探測器著陸火星時也使用了這項技術。

但木衛(wèi)二上的重力很小，只相當于地球上重力的七分之一。在這種情況下，巨大的著陸器在著陸時依然充滿不確定性，因為假如著陸時出現(xiàn)反彈之類的情況，著陸行動就會面臨失敗。對此，美國噴氣推進實驗室的工程師約翰·伽侖介紹道：“我們的要求是不論星球表面的形態(tài)如何，著陸器都要能夠適應，并在上面保持穩(wěn)定?！睘榇耍芯咳藛T為著陸器設計并測試了各種樣式的支撐裝置，它們可以鎖定在冰面上，也可以使著陸器像青蛙一樣穩(wěn)穩(wěn)地蹲伏在冰面上。

木衛(wèi)二的大小和月亮差不多。迄今，科學家們對木衛(wèi)二的了解依然很膚淺。20 世紀90 年代，“伽利略號”木星探測器探測了這顆衛(wèi)星。探測結果表明，木衛(wèi)二冰殼之下可能存在著一個液態(tài)的水體，這個巨大的地下海洋正是科學家們對它深感興趣的原因，因為地下海洋的存在意味著木衛(wèi)二很可能是一個存在生命的星球。

“伽利略號”木星探測器認真觀察了木衛(wèi)二冰凍的表面，發(fā)現(xiàn)木衛(wèi)二上有獨特的雙脊地形，它們可達300 米高，并延伸數(shù)百千米?？茖W家們目前尚不清楚這種奇怪的冰地形是如何形成的。一些科學家認為，木衛(wèi)二可能存在鋸齒狀的冰刺，被稱為“冰刃”。但僅憑“伽利略號”傳回的圖像，完全無法判斷冰刃是否存在。假如這種冰結構真的存在，那么著陸木衛(wèi)二就會面臨更大的難度。不過最新的研究顯示，木衛(wèi)二上缺少大氣，冰刃應該很難形成。

為了加深對木衛(wèi)二的了解，人們也設計了另外一項太空任務，名為“木衛(wèi)二快船”，計劃于2024 年發(fā)射，2030 年抵達木星。它將為木衛(wèi)二拍攝高分辨率的圖像，這將有助于澄清木衛(wèi)二上是否存在冰刃的問題。同時，“木衛(wèi)二快船”也將對木衛(wèi)二進行多方面的綜合探測，這將有利于加快人類對這顆陌生星球的進一步了解。