金星为什么不去探索（为了找寻金星曾存在生命绿洲的证据）

金星为什么不去探索（为了找寻金星曾存在生命绿洲的证据）或许，金星并不是一个行星中的意外，而是一个不祥的征兆：这就是相似轨道上的类地行星的自然宿命。又或许，金星上从来就没有水，从来就不是一些科学家想象的那样适合生命存在。“我可不认为是金星走错了路。”美国宇航局行星科学部主任Lori Glaze说，“我更喜欢说是地球走对了。”金星的英文名称是Venus（维纳斯），以罗马神话中主管爱和生育的女神命名。它是夜空中最美丽的景象之一。但是，如果靠近，金星闻起来就像是臭鸡蛋。它的雨水能使皮肉溶解，其地表的温度足以让木柴和汽油立马燃烧，而气压高得能把潜水艇压扁。尽管如今的金星十分怪诞，但科学家推测它曾经大不相同：它曾经很温和，或许沉浸在海洋当中，甚至还有可能存在生命。在长达几十亿年的时间里，我们的太阳系可能一直有两颗“蓝色弹珠”并排绕太阳运行。当地球上的生命繁衍生息时，金星大气层中聚集的碳过多，产生了灾难性的温室效应，让曾经生机盎然的金星变成废土。如今的金星

与地球为邻的金星是夜空中常见的美丽风景，但迄今为止，人类对它的认知却十分有限。未来几年，美国宇航局与欧洲航天局将发射探测器，试图绕行并着陆在金星上，看它是否曾经拥有像地球一样的生命绿洲。

如图是用美国宇航局麦哲伦号航天器的雷达数据生成的金星地表。如今，这颗行星的大部分地区仍未被探索。图源：NASA JPL

撰文：NADIA DRAKE

如果看不到金星，我们几乎无法想象这样一个迷惑的星球。

金星的英文名称是Venus（维纳斯），以罗马神话中主管爱和生育的女神命名。它是夜空中最美丽的景象之一。但是，如果靠近，金星闻起来就像是臭鸡蛋。它的雨水能使皮肉溶解，其地表的温度足以让木柴和汽油立马燃烧，而气压高得能把潜水艇压扁。

尽管如今的金星十分怪诞，但科学家推测它曾经大不相同：它曾经很温和，或许沉浸在海洋当中，甚至还有可能存在生命。在长达几十亿年的时间里，我们的太阳系可能一直有两颗“蓝色弹珠”并排绕太阳运行。当地球上的生命繁衍生息时，金星大气层中聚集的碳过多，产生了灾难性的温室效应，让曾经生机盎然的金星变成废土。如今的金星成了一个致命星球，一个走错了路的星球。

是这样吗？

“我可不认为是金星走错了路。”美国宇航局行星科学部主任Lori Glaze说，“我更喜欢说是地球走对了。”

或许，金星并不是一个行星中的意外，而是一个不祥的征兆：这就是相似轨道上的类地行星的自然宿命。又或许，金星上从来就没有水，从来就不是一些科学家想象的那样适合生命存在。

1982年3月1日，苏联金星13号着陆器上两个面对面安装的相机拍下了这些黑白照片。它让我们得以一睹Phoebe Regio地区东部的金星地表。图源：UNION OF SOVIET SOCIALIST REPUBLICS VIA NASA

未来10年，将有3项探索任务飞向金星，探明金星上是否曾经存在液态海洋，以及如果真有，液态海洋有多大，存在的时间有多久。这3个机器探测器将对金星表面精密测绘，寻找活火山的迹象，并将窥探其内部。为了帮助我们更好地理解我们的姊妹星球，这些航天器还将帮助我们了解其他恒星周围在类金星轨道上运行的数百万颗岩质行星是否宜居。美国加州大学河滨分校的Stephen Kane说：“我真的认为金星是解密行星宜居性的关键。我们常常迷恋着宜居性，却忘记了问一个问题：是什么让一个行星不宜居的呢？这就是金星。”

不过，这一系列新的探测任务，却无法解开金星的一些谜团。比如，正在发生的地震次数等关键问题，需要寿命长的着陆器或巡视器去仔细探测，需要有机械在金星严苛的地表环境下生存下来。为了完成这一雄心壮举，科学家们已经在研发相应的技术，在模拟金星极度高温高压环境的舱室内测试电子器件和其他硬件。“我都不敢相信我已经在讨论有3个探测任务即将飞往金星。”美国宇航局VERITAS金星任务的副首席、杜兰大学的Jennifer Whitten说，“我们将得到非常多的信息，我想再下一步就是登陆金星了。”

不同路上的兄弟姐妹

早在17世纪，当天文学家第一次把望远镜对准金星，这颗夜空中美丽异常的行星便迷住了他们。直到20世纪60年代，科学家对这颗“隔壁的”星球有了一些相当疯狂的想法。我的父亲、射电天文学家Frank Drake回忆说：“那时候的教科书上把金星上画满了热带雨林。当时也算说得通，毕竟金星离太阳更近而且有云层，于是就有人认为它跟地球很像。”

但是，1961年，当把一台射电望远镜（前一年，他在Green Bank天文台首次利用这台望远镜对外星智慧生命金星科学搜寻）对准金星时，我父亲推断出金星的表面跟热带一点儿都不像，因为它的温度高达370摄氏度以上。

不久后，他发现金星的温度一直都开在“炙烤”档位，即便夜半球也是如此。这就有点奇怪，因为金星本身的自转速度很慢。它那恶劣地表上的无尽一日，相当于地球上的243天，比225天的“金星年（金星公转周期）”还长。夜半球在将近3个月无光照的情况下，温度理应低得多才对。我父亲说：“那真是一个惊喜。这告诉我们，金星的大气层一定非常厚，厚重到即便你避开太阳，在100天内温度都不会发生变化。”后续的观测证实了我父亲的计算以及卡尔·萨根独立做出的预测。很快，人们发现，这颗被比作地球孪生姊妹的星球上并非一切都好。

如今，科学家知道地球和金星都是球形，大小相仿，总成分可能也相似，但相似之处恐怕也仅限于此。

虽然地球很温和且多水，但金星却炽热而焦干。其地表温度平均为460摄氏度。它干燥的地貌上的印记，来自于流动的熔岩，而非含水的河流。此外，其地面气压比地球高90倍，相当于地球水下910多米的压碎力。

举头望去，地球上的云层会翻腾，会消失，而金星的天空却永远阴云笼罩。72400多米厚的云层几乎遮住了所有阳光。大气上层强风肆虐，整个大气层绕着金星极速飞转。

金星是否一直都是这样一个地狱般的世界，这是科学家们希望在未来十年解答的主要问题之一。如果金星上确实曾存在海洋，如果它确实在长达几十亿年的岁月里都是一颗蓝色星球，那么，或许遥远恒星身旁类似金星的行星也有可能是很温和。但是，如果金星生来如此，它的成分和与它与太阳的距离天生造就了它，那么所有类似金星的行星或许也像它一样了无生机。

“在搞清楚金星如今这副模样是为什么、如何、何时形成的之前，我们确实还没准备好去理解其他行星系统。”美国华盛顿大学的Paul Byrne说道。

他说：“我内心希望这是一个走错了路的星球的悲惨故事。我也想认为那里不光有海洋，而且海里还有游来游去的东西。不管怎样，我们找到的任何答案都将影响深远。”

金星革命

但是，自20世纪60年代中期以来，火星已经吞噬了美国行星探测任务的大部分资金。美国宇航局上一次向金星发射探测器还是在1989年，当时的麦哲伦号探测器为金星表面测绘了粗略的雷达地图。此后，美国宇航局的14个航天器都飞往了火星。

美国加州大学河滨分校的Stephen Kane之前主要研究系外行星，他说：“当大约10年前我第一次加入金星研究界，并让我自己去参加会议时，我发现那是一个及其缺乏数据的研究领域。他们好生羡慕研究火星的同行，后者似乎面临着全世界飞扑而来的探测任务，而我们关于金星的地图都极度缺乏，它们的分辨率非常非常差。”

这是位于金星Atla Regio地区的大火山Sapas Mons山。该图像是利用麦哲伦号探测器的雷达数据而生成的电脑图像。图源：NASA JPL

数十年里，苏联一直是探索金星的主力军。从20世纪60年代开始，他们向这颗云雾笼罩的行星发射了十几颗探测器，其中一些飞往相对平静的轨道，而另一些则很快坠入金星严酷的地表。1975年，其中一个在劫难逃的着陆器金星9号探测器向地球发回了几张金星地貌图像，成了从另一个行星地表发回的第一批图片。

Stephen Kane说：“这是外星完全陌生的地貌。我从孩童时就迷上了金星。”最终，共有4个苏联探测器在短暂停留金星期间发回了照片，激发着艺术家去想象这样的画面：一个着陆器停靠在反胃的橘色云层下的炽热地表上。

最近，日本和欧洲的轨道器在调查金星，而印度正在准备一项新的金星探测任务，但是，起码在几年时间内，金星都只有一颗孤单的航天器绕行，那就是日本的“晓”号。对许多科学家来说，感觉金星就像是被遗忘了一样，在人们寻找水和生命迹象的持续行动中，金星并未受到眷顾。

转机来了！今年6月，美国宇航局副局长Thomas Zurbuchen宣布了一个让行星科学届震惊的消息：该局的“发现（Discovery）”项目中将有两个金星探测任务，而非一个。随后一周，欧洲航天局也宣布将发射金星探测器。美国宇航局的两次探测任务名为DAVINCI和VERITAS，欧洲航天局的名为EnVision。

当被问到“为什么是金星，为什么此时宣布？”时，Thomas Zurbuchen称美国宇航局的选择归结为几个关键因素：关于金星气候史有了新的有趣科研成果、绕行其他恒星的许多行星可能都与金星类似，而且这两项探测任务的设计能够在“发现”项目几亿美元的有限预算下完成伟大的科研成果（这是美国宇航局三个星际任务类别中预算最少的一个）。

Thomas Zurbuchen一语双关地说：“我想说的是，金星可是个新的热点星球。”尽管最近一群天文学家宣布金星上存在磷化氢（可能是生命存在的迹象）的证据既令人好奇又备受争议，但Thomas Zurbuchen说这一发现在美国宇航局对探测任务进行选择时并没起作用。这几项新任务的设计初衷都不是为了去直接寻找磷化氢，但它们会颠覆我们对金星历史和未来的认知。

“我们有了研究金星的机会，而且得到的不仅仅是这三个单独任务的总和。”美国宇航局行星科学部主任Lori Glaze最初是一名火山学家，然后对金星着了迷，她回避了美国宇航局的选择过程。这些航天器将共同创造“一个奇异而完整的金星图景”。

一个全新的世界

这三次探测任务将在几年后启程。DAVINCI很可能在2029年发射，并在入轨之前飞掠金星两次。该航天器将以多个波段拍摄金星的云层和地表，但这项任务的亮点是，在2031年的某个小时里，一个探测器将缓慢穿过金星的云层，从空中拍摄金星地表的首批精细照片，然后坠毁。

“这是一个球形探测器，有点儿像是大号的沙滩球，或者小号的懒人沙发。”DAVINCI任务的副首席研究员、美国宇航局戈达德太空飞行中心的Giada Arney介绍道。如果该探测器在下落过程中幸存，它将在地表上至多运行17分钟，而Giada Arney说这个不是必需的，“只是个额外惊喜。”

当它下落时，这个钛金属制成的探测器将会对金星大气层取样。它会专门嗅探惰性气体，寻找氦、氙、氪、氩等元素。这些气体元素就像是分子化石，是金星历史的直接痕迹。
这些惰性气体将揭示金星的形成路径，火山活动及大撞击的历史，以及水的来源。该探测器还将密切关注正常氢原子和重氢原子的相对数量，这一信息将能让科学家弄清有多少水进入了大气层，这对于了解金星是否曾经拥有海洋至关重要。

Giada Arney说：“虽然我们可以用海洋来解释我们现在的数据，但我们也可以用其他没有海洋的模型来解释它们。如果我们确实找到了过去存在海洋的有力证据，那就可以推断其宜居性更佳，推断出海洋可以在其他被认为宜居的行星上存在并延续下去。”

该探测器的着陆点位于Alpha Regio，是金星上褶皱而畸形的“镶嵌地块（tesserae）”之一。科学家推断这些地貌可能是古代大陆的遗存。（镶嵌地块是20世纪80年代俄罗斯科学家命名的，因为其酷似镶嵌地板而得名。）

关于镶嵌地块的一个大问题是，它究竟是由花岗岩还是玄武岩构成的。在地球上，花岗岩需要水才能形成，而且它构成了我们的大陆地壳，而玄武岩则是火山形成的。美国宇航局的另一个探测任务VERITAS将会通过研究金星的地表成分来试图解开这一谜团。

VERITAS将绕金星飞行，绘制金星重力场地图，帮助科学家研究金星的内部结构，并将寻找金星活火山的迹象。鉴于火山上没有像地球一样的地质板块，天文学家推断金星释放热量的一个主要来源就是火山。

Jennifer Whitten说：“火星上一直有这些令人好奇的火山活动迹象，但是没有人真正观测到过，或者拍到过火山活动。我们将能够真正看到火山地貌的丰富表面。真是太棒了！”

要将金星的地质历史与目前的活动水平结合起来，所需要的地图应该才科学家目前拥有的地图更好才行。VERITAS将对金星地貌（比地球大陆面积大3倍多）进行极为精细的雷达和地形测量，产生比麦哲伦号探测器所收集的模糊数据优良得多的地图。欧洲航天局的EnVision任务也将对金星25%的地表进行极为详细的测绘，Byrne称，这些地图绝对会颠覆我们对外星地貌的认知。

Byrne说：“得到这些东西，就像是过圣诞节一样。我们将被引入一个全新的世界。”

勇闯险境

几十年来，美国宇航局在行星探索方面一直遵循着一套战略：首先，从某个星球飞掠，比如20世纪60年代的水手号探测器就曾飞掠过金星。然后，发射轨道器，再发射着陆器，最后发射巡视器。

尽管毅力号巡视器及其前辈目前已经在火星上游走，但对金星的探索基本上还停留在轨道器阶段。苏联的着陆器在金星的恶劣环境下都不长命，最长的记录是127分钟，由金星13号探测器获得。

“展望未来，我们需要在这个星球上解决一些重要的科学问题，而这正是我们存在的意义。”美国宇航局格伦研究中心领衔着陆器技术研发的Tibor Kremic说道。

要弄清金星的天气、大气与地表的互动机制、地表的准确成分以及其地震活动，都需要有寿命长久的地表探测器。美国宇航局等机构的多个团队已经在研发能够在金星极端环境下运行的电子设备和其他硬件。由于金星厚重的云层遮蔽了阳光，探测任务还面临两大难题，一是着陆器如何获取能量；而是需要设计出能够将观测数据中继传回地球的通讯系统。

美国阿堪萨斯大学从事金星着陆器技术研发的电气工程学杰出教授Alan Mantooth称：“目前我们还有一段距离，不过我们距离目标越来越近了。”

Alan Mantooth、Tibor Kremic和其他同事正在从极端航空场景的电子设备和天然气涡轮机的设计中借鉴一些经验教训。他们研发出的碳化硅电路和晶体管应该能在金星上完美运行。他们还用另一种耐热的半导体材料氮化镓制作了传感器。此外，他们已经找到办法将这些电子元件封装进能耐高压的外壳中。

这些团队将其硬件设备放进模拟金星地表严苛环境的测试室中。其中最大的测试室是“格伦极端环境装置（Glenn Extreme Environment Rig，GEER）”。Tibor Kremic及其团队在这个800升的高压容器中注入模拟金星大气的易反应的腐蚀性气体。目前，他们已经测试了电路、传感器等小器件，并已将整个子系统放入舱内做了测试。每次测试长达数月时间。

Tibor Kremic介绍说，下一个大步骤将是测试金星着陆器的小型原型机。这个概念机名为LLISSE，即耐用性原位太阳系探测器（Long-Lived In-Situ Solar System Explorer）。这次任务将把一个重约10公斤的机器人和一套传感器送到金星表面，并使其试图存活至少60天。该团队正在努力将LLISSE原型机放入GEER中测试，而Tibor Kremic介绍这项工作很可能在2025年底前后进行。

Lori Glaze说：“我认为，能在金星表面存活哪怕几周时间也将绝对具有颠覆性。”

从金星的地表上观察其地貌，将彻底改变我们对这个邻居的看法，一如当年火星地表的图像将人们对火星的认知从一个红点转变成了拥有山峦、撞击坑和峡谷的广阔世界。即便是半个世纪融解的前苏联着陆器传回的带有雪花点的模糊图像，也产生了巨大的影响，Stephen Kane至今仍然在办公室墙上挂着一副金星号探测器的画作。

不久后，更尖端的技术将会让我们地球姊妹的容颜更加清晰，并引发我们从未想到过的问题，揭示我们从未想象过的更加美丽、更加骇人的图景。

（译者：Mike Gao）