正确的提示信息

扫码打开虎嗅APP

搜索历史
删除
完成
全部删除
热搜词
2021-09-05 19:08
新一轮探测来了,其实金星上有山有水?

本文来自微信公众号:Nature Portfolio(ID:nature-portfolio),原文标题:《三项探测任务或揭开金星最大谜团》,作者:Jonathan O'Callaghan,题图来源:JSC/NASA


对这颗临近地球的行星进行新一轮探测,或有助于解答关于金星大气和地质的重大问题。


历经多年等待,一批航天器将奔赴金星。6月上旬,美国国家航空航天局(NASA)批准了新的金星探测任务,此次同时批准两项任务,令美国科学家激动万分。金星是距离地球最近的行星。目前,欧洲也紧随其后,批准了自己的金星探测任务。金星上是否有过海洋?如果有,是否说明金星曾宜居过?现在金星上还有活火山吗?多项金星探测任务的开展,有望揭开这些重大问题的答案。


在新近获批的三项金星探测任务中,科学家将对金星大气层和地质地貌展开研究。图片来源:JSC/NASA


6月2日,NASA宣布,未来十年内将向金星发射两个航天器:一为轨道飞行器VERITAS,用于绘制金星表面;一为DAVINCI+,将进入金星大气层开展探测。6月10日,欧洲航天局(ESA)宣布,将于本世纪30年代初向金星发射自己的轨道飞行器EnVision,用于采集金星表面的高分辨率雷达图像。


“我们很欣慰,所有的艰苦努力都有了回报,”英国牛津大学行星科学家、EnVision任务副首席科学家之一Colin Wilson表示。


NASA计划发射的两个探测器,将是继1989年麦哲伦轨道飞行器后首度发射的金星探测器。EnVision将是ESA继2005年“金星快车”(Venus Express)后发射的首个金星探测器。目前,日本的“破晓号”(Akatsuki)是唯一在轨的金星轨道飞行器。“破晓号”于2015年抵达金星,目前正在探测金星大气层。“金星被遗忘得太久了,”ESA前“金星快车”项目科学家Håkan Svedhem说。


在行星科学界欢庆金星探测任务获批之际,《自然》杂志探讨了科学家期待探测任务回答的那些问题。


金星与地球为何如此不同?


金星与地球大小相仿,与太阳的距离也和地日距离相近,但金星并非宜居的生命绿洲,反而宛如地狱,有毒大气层主要成分是二氧化碳,表面温度高得足以将铅熔化。为什么会这样?这是关于金星的重大问题之一。


“我们的姐妹星球——金星,为什么与我们并不相同?”美国北卡罗来纳州立大学(North Carolina State University in Raleigh)行星科学家 Paul Byrne问道。“为什么一个星球功能上与地球相近,却历史迥异?”


为找到答案,科学界将通过金星探测任务探究金星的地质史,从而研究其演化历程。VERITAS和EnVision对实现目标至关重要——两者都将运用雷达设备,绘制金星表面图像,以研究金星的地质记录。


与此同时,DAVINCI+任务将发射一个运用紫外线和红外线绘制金星图像的轨道飞行器,还将向金星大气层内投放一个球型小探测仪。该探测仪将采集金星大气样本,包括寻找氦、氙等不活泼的惰性气体,这些气体可以长期稳定存在。“这些气体可以为了解早期金星形成和演化提供线索”,Wilson表示。“它们源自地壳内部的熔岩吗?它们在金星形成时就存在吗?还是说,它们是被彗星带来的?”


金星上有过海洋吗?


弄清金星表面是否曾有液态水,对了解金星为何与地球不同至关重要。在金星大气层中,天文学家发现了曾经存在水的线索。但是,目前尚不清楚是金星上曾有远古海洋,后随温度升高而蒸发殆尽?还是水仅以气态形式在早期金星上存在?如果是前者,则说明金星曾一度宜居过,就像地球这样。


DAVINCI+对金星大气层的研究将有助于回答这一问题。据NASA戈达德太空飞行中心(NASA’s Goddard Space Flight Center)首席科学家、DAVINCI+任务负责人James Garvin介绍,其发射的大气探测仪将进行约1小时下降探测,下降期间采样频率最高可达每100米一次,并对大气样本进行高精度测量,识别气体成分。由此得到的金星大气层数据,将比20世纪60、70、80年代间前苏联Venera探测器的数据质量更高。


“我们可以通过化学特征了解过去海洋的历史、稳定性和性质,”Garvin表示,“这将为所有人提供研究的边界条件。接着,我们可以有针对性地建立大气候模型,并与VERITAS和EnVision等其它探测任务一道,结合其金星全图绘制工作,提出新的问题。”


金星上有大陆吗?


金星表面的7%是高原地区,被称为“镶嵌地块”(tesserae),这些高原高于四周的地表。Byrne说,这些高地“可能类似地球上的大陆”。


为弄清这一问题,VERITAS将研究镶嵌地块的成分,将其中的火山玄武岩成分与较低的地区对比。“地球上的大陆形成时,大洋地壳中的大量玄武岩在有水的环境中熔化,”NASA喷气推进实验室(NASA’s Jet Propulsion Laboratory)的VERITAS任务领导Suzanne Smrekar介绍道。“如果能验证这一假说,则能说明,这些巨型高地是金星曾存在液态水的有力证据,”因为它们曾经是四面环水的大陆地块。


DAVINCI+的探测器还会在一处名为“阿尔法区”(Alpha Regio)的镶嵌地块上空降落,在到达地表的过程中采集约500张图片。虽然探测仪最终会彻底毁坏,但仍存在微弱的可能,探测器在彻底毁于高压高温之前,能在金星表面停留数分钟。这些高地图像将很有启发性。“我们的最终成品图分辨率将达到几十厘米,”Garvin说。


对ESA金星探测任务EnVision的艺术设想图。EnVision将采集金星表面的高分辨率雷达图像。图片来源:ESA/VR2Planets/DamiaBouic


金星的火山活动还活跃吗?


早期研究已显示金星上存在火山,但尚不清楚近数千年来其中是否有地质活跃的火山——换句话说,不知道目前这些火山是否仍然活跃。VERITAS和EnVision都将通过绘制地表图,帮助解答这一问题。尤其是EnVision,预计其高精度图像将揭示金星表面前所未见的特征。


本次绘图任务中,将寻找熔岩流等火山活动的迹象,通过这些迹象的风化程度,可以推断出火山爆发的时间。“新鲜熔岩流的颜色特别暗、特别黑,”Wilson说。


“破晓号”发现,近日金星大气吸收的紫外线总量出现了变化,这可能是近日有火山活动的信号。“‘现今’金星气候变化可能取决于火山活动,”“破晓号”项目负责人、日本宇宙航空研究开发机构(Institute of Space and Astronautical Science)的中村正人(Masato Nakamura)表示。


金星上有磷化氢吗?


去年,科学家宣布,在金星上探测到了磷化氢。磷化氢是一种磷化合物,是生命可能存在的迹象。目前尚不清楚金星上的磷化氢是如何产生的,但有一种可能性引人遐想:也许是大气中的微生物生命体产生的。


此后这一发现受到质疑,金星上是否存在磷化氢的争议非常激烈。DAVINCI+将在大气采样中探测磷化氢成分,或能平息争议。


“如果有大量磷化氢,我们就有能力测量,”Garvin表示。


金星上有“雪”吗?


金星上高度超过2600米的山顶,反光异常强烈,和地球上“高于一定海拔的积雪、积霜之处”反光强烈的现象一样,Wilson说。然而,金星温度极高,不可能存在水。因此,科学家猜测,这些反光区域可能是其它物质。


一种说法是,这是一种称为“半导体雪”的稀有金属混合物,如碲化铋和硫磺的混合物。这些物质会在高处凝结,且均已知为火山运动的产物。DAVINCI+将在金星大气中探测这些物质,VERITAS和EnVision则将在各火山口附近搜寻沉积物。


或许有朝一日,研究人员能够运用着陆器,直接对山顶进行采样。“这在技术上当然是可能的”,Wilson说。


本文来自微信公众号:Nature Portfolio(ID:nature-portfolio),作者:Jonathan O'Callaghan,

原文以How three missions to Venus could solve the planet’s biggest mysteries标题发表在2021年6月17日的《自然》的NEWS EXPLAINER版块上

本内容为作者独立观点,不代表虎嗅立场。未经允许不得转载,授权事宜请联系 hezuo@huxiu.com
如对本稿件有异议或投诉,请联系tougao@huxiu.com
打开虎嗅APP,查看全文
频道:

大 家 都 在 看

大 家 都 在 搜

好的内容,值得赞赏

您的赞赏金额会直接进入作者的虎嗅账户

    自定义
    支付: