即将到来的金星任务将如何揭示地球上的生命将如何终结©NASA

即将到来的金星任务如何揭示地球上的生命将如何终结

北卡罗莱纳州立大学行星科学副教授保罗·伯恩解释了即将对我们的行星邻居进行的三次任务的重要性。

这是很典型的,你等待一个金星任务,同时出现三个:NASA发射的达芬奇+和Veritas和ESA发射的昂科威。行星科学家保罗·伯恩揭示了这些任务如何帮助回答科学上最大的问题之一:地球是独一无二的吗?

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我们要回金星了。为什么这么激动人心?

有两个原因。首先,我们已经有一段时间没有这样做了。当我说我们时,我指的是美国。

目前在金星上有一个探测器。日本航天局有赤月轨道器,这是一个气候和大气的轨道器,它已经在那里运行了至少5年。欧洲航天局发射了一些探测器从轨道上研究金星。

金星曾经是行星探索的典型代表。我们对它感兴趣是因为它就在隔壁,是一个巨大的、充满岩石的世界。它比火星离地球更近。到那里花的时间更少。而且发射的最佳组合比在火星上更频繁。

记住,金星不像地球或火星。从太空中你无法看到金星的表面,因为金星厚厚的大气层掩盖了其表面的可见波长。

这意味着我们对金星有了一些基本的问题,有些问题我们已经问了几十年,有些问题我们才刚刚发现。我们现在正准备纠正这一错误。

另一个原因是什么?

在过去的10年里,人们对系外行星的关注越来越多,系外行星是围绕着太阳系以外的恒星运行的行星。目前,我们探测它们的能力偏向于像地球和金星这样的行星:在其恒星附近运行的岩石世界。它们只是更容易看到,因为它们更频繁地经过恒星。另外,我们从根本上有兴趣了解:还有其他的地球吗?我们是独特的吗?

我们分辨行星半径的能力目前还不能区分像金星和地球这样的行星。当你看到一个“类地世界”的新闻报道时,你也可以说是类金星的世界。我们看不出有什么区别。这提出了一个基本问题。如果我们发现了地球大小的世界,我们能对其条件做出合理的猜测吗?我们会找到海洋、树木和云朵,还是会像金星一样在一个自动清洁的烤箱里结束生命?

达芬奇+探测器的艺术家插图©NASA GSFC可视化
达芬奇+探测器的艺术家插图©NASA GSFC可视化

那我们为什么不回去或者深入研究一下呢?

我真的不知道为什么NASA没有回去。我有想法(大写的T)。事实上,在地面操作在技术上是极具挑战性的,这肯定是其中的一部分。在火星上做科学研究更容易月亮.你可以在白色星球上着陆并运行一段时间,但在金星上你不能。

但是你可以在金星轨道上待多久都没问题。在太阳系中,我们现在所知道的唯一一个在温度和压力上与地球相似的地方是在金星大气层的55千米高处。虽然在地面上很糟糕,但在那个高度大约是一巴,零摄氏度。你可以穿上皮大衣。你可以站在缆车外面,在空中平台上,在飞艇上,是安全的。

事实上,法国人在85年的苏联维加任务中在金星上放飞了两个气球。他们在金星大气层中运行了大约两天。它们不过是技术演示任务。

所以我认为这不仅仅是困难的问题。它的时机很有趣。1996年ALH84001到达现场。这是1984年在南极洲发现的一块陨石,后来被确认来自火星,并可能被认为含有来自火星的微生物化石。

最终,压倒性的科学共识是,这些都不是外星生命的迹象,但那一刻,人们立即将焦点转移到火星上,认为火星可能适合居住,也可能有人居住。这发生在麦哲伦去金星的任务结束的差不多同一时间,这当然没有帮助金星社区保持货币。但没有具体的原因说明为什么金星在科学上不如火星有价值,我想很多科学家会同意金星实际上更有趣。

根据我们所知道的,我们认为金星的表面是什么样的?

这是关于470°C。从两极到赤道,几乎所有地方都是这样的温度。这都是垃圾。你不会被烧死,但你会被烤。金星正处于失控的温室效应状态。如果这还没把你煮熟,大气中有96.5%是二氧化碳2.所以你会很快窒息。然后是压强。表面的大气压是室温的90倍。90酒吧。这相当于在地球上水下一公里。

然后是硫酸雨。有一个全球云层,这些云层主要是由硫酸构成的。我们认为地表不会下雨。太热了。所以我们认为,从云层底部向下会有某种降水,但雨水从未到达地面。只有当你穿过云层时,你才需要处理它。

除了这些,一切都很好。

如果你想让什么东西着陆,主要的问题是电子设备。我们过去发射的着陆器今天还会在那里。它们可能风化了,但它们是钛球,不可能熔化。但是电子设备会被烧毁。

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那么,这些任务将帮助我们回答哪些关于金星的基本问题呢?

为什么一颗在大小、组成、年龄和轨道上与地球如此相似的行星与地球如此不同?你几乎可以把所有东西都装进那把伞里。这些任务不会解决这个问题,但会帮助我们解决这个问题。

我们有两个关于金星形成的模型。第一,这个星球一直都很可怕。它开始于我们所说的岩浆海洋阶段,我们认为大多数岩石行星都是这样的。

他们的想法是,早期的金星离太阳太近,无法冷却足够长的时间,使大气中的气体凝结。特别是,H2O没有冷却到足以形成覆盖地面并形成地壳的海洋,它最终只保留了CO2的气氛。这意味着金星进入了一个失控的温室效应(它失去的热量不可能像它获得的那么多),所以这个星球从一开始就毁灭了。在这种情况下,金星为何如此怪异的答案是,它只是一个函数,它离太阳有多远。就是这样。

第二种可能是金星实际上可能和地球一样,有海洋和板块构造。在70年代和80年代的金星任务中,最有趣的发现之一与氘氢比有关(氘是氢的同位素)。

在金星上,我们发现水的比例大约是地球的100倍,对此最好的解释是,在某个时间点,金星可能有很多水,但现在没有了。表面非常干燥。这意味着某种事件会引发这种失控的温室效应。

那么,这些探测器将如何提供答案呢?

“达芬奇+”任务将有一个轨道飞行器,但最引人注目的是探测器,它将借助降落伞在一个小时的时间内降落到火星上。然后,它将从大约60公里的地方自由落体,直至地面。它会测量氘氢比。现在的误差条在70年代和80年代的测量中是相当大的。氘氢比能告诉我们金星上有多少水,但不能告诉我们它的状态。

水可能是充满大气的热蒸汽,也可能是在温暖的表面形成海洋的冷液体。为了找出答案,我们必须测量存在的惰性气体。惰性气体是我们的朋友:氦,氩,氙,氖。他们与地球内部的不同部分,如果我们看看他们的浓度,我们可以建立一个模型的被逐出地球内部,金星上的照片,和什么国家的水可能是如果它。

所以,如果我们能弄清楚哪一种情况对金星来说是正确的,我们就能更好地了解地球到底有多独特了。

这就是有趣的地方。如果我们发现这是第一种情况,天气总是太热,那事情就简单多了。我们可以观察一颗行星与恒星的距离,然后说:“好吧,它在金星带,它可能会被毁灭。”然后我们可以进行测试。

但如果是第二种情况,那就有很大的影响。最近的工作,由迈克尔的方式他在美国宇航局戈达德空间科学研究所(NASA Goddard Institute of Space Science)建立了一些模型,表明云层可以让金星在早期保持凉爽。在那之后,地球应该保持稳定。

显然,出了什么问题。这就是模型显示有东西引入了一大堆一氧化碳的地方2从地质学上讲,它很快就升到了空中。我们认为唯一能做到这一点的过程就是火山。很多人。他们放了很多狱警2到空气中。虽然没有人类活动那么多,但如果在短时间内发生足够大的火山喷发,就有可能释放出足够多的CO2你可能会引发气候变化。

我想说的是,我们不知道是什么驱动了这些事件,我们不知道它们是周期性的还是随机的。

如果第二种情况对金星来说是正确的,那么它只是不幸地同时有几个火山喷发,并走上了这条不可逆转的气候变化之路吗?或者地球是幸运的,它还没有发生在这里?也许金星是“正常”的,也许地球是不寻常的。无论我们在金星上发现什么,都将对理解我们自己星球的历史和未来很重要,对我们在其他恒星上看到的也很重要。

保罗·伯恩
保罗·伯恩

我们会对站在金星上有新的感觉吗?

他们选择投放探测器的地方是一个叫做阿尔法区域的地方。这是金星上一块叫做tessera的陆地。这不是一个地质学术语,这只是俄罗斯人在发现这一地形时发明的。金星表面大约有7%的面积似乎被tesserae覆盖,考虑到金星没有海洋,这一比例相当大。

它似乎是由构造形成的:有许多不同方向的裂缝以及褶皱。但我们不知道它是什么。它不像太阳系里的任何东西。

当达芬奇+下降到表面和阴霾清除它将采取一系列图像向下设置的高度。这将是我们拥有的最高分辨率的图像,它们可以让我们放大和缩小,以了解结构。

与此同时,Veritas将为我们提供高分辨率的雷达数据——高达每像素10m。这就像比较80年代的电脑游戏和今天的游戏一样。我们将会在金星表面看到我们甚至想象不到的东西。真理会让我们更好地了解金星的结构,表面,内部,甚至是核心。

那么,对于像你这样的行星科学家来说,接下来的十年会是什么样子呢?

这些任务改变了游戏规则。它们预示着金星探索的第二个黄金时代的到来。

就我个人而言,我致力于发挥我的作用,以确保这不是NASA决定在未来30年发射金星的唯一两次任务。这两个任务不能回答所有的问题。

然而,当达芬奇+到达它的最终目的地tessera时,它可以有效地寻找未来的着陆点。碰巧的是,一项新的研究表明,可以用碳化硅建造电路连接、晶体管和电缆,这些材料在金星的温度下工作得很好。所以我们可以看到一个空间站可以在金星表面停留60-120天,这将能够测试从金星表面采集的样本。

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关于我们的专家,保罗·伯恩

保罗是北卡罗莱纳州立大学行星科学的副教授。他的工作包括使用遥感数据、建模、实验室和野外工作来了解行星是如何形成和进化的。他也是金星目前在推特上最大的啦啦队长,你可以发现他在推特上发布与太空探索有关的一切信息@ThePlanetaryGuy