直升機像石頭一樣墜落。它在馬里蘭州上空下降了超過1500米，略微扭曲著，地面迅速逼近。儘管這一切都按計劃進行，但這並沒有平復詹姆斯·加文的緊張情緒。當他意識到自己的安全帶沒有完全繫好時，更是讓他心跳加速。
然後，在離地面僅六米的地方，當飛行員將飛機從墜落中拉起並爬升到空中，然後再次墜落時，旅程變得更加瘋狂。直升機那天墜落了 10 次。每次，加文都將攝像機對準地面，透過敞開的艙門，試圖測量下方採石場的地形——從巨大的巨石到光滑的沙地。儘管他的興趣點幾乎不在地球上。
加文是位於馬里蘭州格林貝爾特的 NASA 戈達德太空飛行中心的首席科學家，也是一項擬議的金星任務的首席研究員，該任務將把探測器投放到金星大氣層中。這就是為什麼他在 2016 年 8 月聘請了兩名飛行員駕駛直升機衝向地面，同時測試金星探測器可能拍攝到的照片。這次驚險的飛行是值得的：研究人員非常希望獲得金星的詳細照片，以至於那裡的景色會變得熟悉。“這些影像就像你降落在你的後院一樣，”他說。
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加文並不是唯一一位準備如此大膽任務的科學家。全球幾乎每個航天機構目前都在草擬探索我們長期被忽視的鄰居的提案。印度空間研究組織 (ISRO) 將率先發射，它將於 2023 年向金星發射一顆軌道飛行器。美國可能會緊隨其後。加文和他的同事是少數幾個即將向 NASA 提交任務提案的團隊之一，如果被選中，這些任務將於 2025 年起飛。歐洲航天局 (ESA) 目前正在考慮一項於 2032 年向金星發射軌道飛行器的提案。俄羅斯航天局 Roscosmos 正在與美國合作，計劃在 2026 年至 2033 年之間的任何時間向這顆行星發射一項大膽的任務，其中包括一顆軌道飛行器、一個將發回短期讀數的著陸器和一個可以長期存活的研究站。
這種新發現的興趣與各國長期以來忽視金星而青睞火星、小行星和其他行星的事實形成了鮮明對比。例如，在過去的 65 年裡，NASA 向火星發射了 11 顆軌道飛行器和 8 個著陸器，但僅向金星發射了兩顆軌道飛行器——而且自 1994 年以來就再也沒有發射過。這並非缺乏科學興趣。自 20 世紀 90 年代中期以來，僅美國科學家就向 NASA 提交了近 30 項金星提案。但沒有一項獲得批准。
但探索金星的勢頭正在增強，部分原因是科學家們認為金星可能掌握著理解是什麼使行星宜居的秘密。金星曾經是地球的孿生姐妹，但如今卻是一個地獄般的居所，地表溫度超過 400 攝氏度，大氣壓力足以壓碎重型機械，硫酸雲在天空中飄過。如果研究人員能夠破譯金星上的條件為何變得如此致命，那將有助於他們評估在天文學家在整個星系中發現的數千個岩石世界中，是否可能存在生命。
隨著探索金星的科學理由越來越充分，行星科學家們正在構思研究這顆行星的新方法，並在實驗室中建造能夠在金星表面惡劣條件下生存的技術。隨著印度率先行動，可能很快就會有一連串的探測器飛向距離太陽第二近的行星。
“這可能是金星新十年的開始，”巴黎天文臺的行星科學家托馬斯·維德曼說。
雙重麻煩
當人類最初伸向星空時，目標就是金星。我們的鄰居是第一個成功的行星際探測器（美國，1962 年）的目標；第一個任務墜毀的行星（蘇聯，1965 年）；以及第一個成功著陸的外星世界（蘇聯，1970 年）。正是在這場金星太空競賽中，科學家們發現了一個炎熱且有毒的世界。這可以解釋為什麼人們對金星的興趣減退了。科學家們很快意識到，這顆行星不會成為未來人類探索的家園，也不會成為尋找生命的出口。即使是進行短時間的科學研究，也將極其困難。
然而，在許多方面——大小、密度、化學成分——金星都是地球的翻版。最近的研究甚至表明，它可能在三十億年的時間裡看起來像地球，擁有浩瀚的海洋，可能對生命友好。“這就是讓我充滿想象力的地方，”馬薩諸塞州南哈德利芒特霍利約克學院的行星科學家達比·戴亞說。“如果真是這樣，那麼就有足夠的時間讓進化開始發揮作用。”
這可能意味著金星（有點令人驚訝地）是太陽系中第一個宜居行星——一個生命起源的可能性與地球一樣高的地方。僅憑這一點就足以成為重返這顆昔日海洋世界的理由。“我們為什麼要投入這麼多時間在火星上尋找生命，而火星只有 4 億年的液態水呢？”戴亞問道。“而金星卻有 30 億年的水，卻沒有人愛她。”
然而，毫無疑問，有些事情出了可怕的錯誤。儘管地球和金星的起源方式相似，但兩者卻走上了截然不同的進化道路——分歧可能發生在最近的 7.15 億年前。這似乎是一個不去拜訪的理由，但科學家們現在認為，這使得這顆行星更加引人入勝。如果研究人員能夠了解是什麼導致金星經歷瞭如此致命的蛻變，他們可能會更好地理解是什麼使地球成為生命的樂園。
“金星在理解我們自身——生命在我們自己的星球上是如何進化的——方面發揮著關鍵作用，”位於華盛頓特區的 NASA 總部的科學專案經理阿德里安娜·奧坎波說。
現在，天文學家已經發現了太陽系外的數千顆行星——其中許多是岩石世界，它們圍繞恆星執行的距離與金星和地球與太陽的距離相似，這是一個至關重要的問題。這意味著這些世界中的許多世界可能都像金星一樣。“系外行星界越來越意識到，金星是太陽系中許多我們已經發現的岩石系外行星的最佳類似物，”加利福尼亞州斯坦福大學研究系外行星的天文學家勞拉·謝弗說。
從雷達上消失
有了這樣一個誘人的未解之謎，我們很容易理解為什麼 ISRO 重返金星會引起如此多的興奮。“ISRO 這樣做讓我感到非常激動，”戴亞說。“我很高興國際社會注意到金星並提出任務提案。這太棒了。”
儘管 ISRO 的任務籠罩在一片神秘之中（《自然》雜誌給專案科學家發了數十封電子郵件和電話，但都無濟於事），但很明顯，該機構計劃發射一顆裝滿儀器的軌道飛行器。當 ISRO 去年年底宣佈這項任務時，它公佈了一份由印度科學家提出的十幾種儀器的清單，這些儀器已經被選中——讓人們先睹為快。在這些感測器中，有兩個將使用雷達繪製行星地圖，這可以說是穿透金星稠密雲層並從軌道上追蹤其表面的最佳方法。
話雖如此，ISRO 是一家相對年輕的航天機構，在月球和火星上成功著陸的次數有限。而且，與其他新興機構的專案類似，印度的首次金星任務可能是一個概念驗證，它更多地關注工程而不是科學。但考慮到即使是關於金星的基本資訊也缺乏，任何小小的進步都將為科學做出貢獻。
其中一項貢獻可能是新的金星表面特徵地圖——在科學上邁出了一大步。上次繪製行星地形圖的任務是 NASA 的麥哲倫軌道飛行器，它於 30 年前發射。儘管這些雷達地圖仍然是今天金星地質科學的基礎，但它們顯示的地形細節的水平解析度平均只有每畫素 10 到 20 公里（影像解析度可以高出兩個數量級）。由於地形資料如此有限，研究人員對金星的地質情況一知半解——但現有的地圖確實暗示板塊構造可能正在今天開始發揮作用。
這尤其令人興奮，因為許多科學家認為構造活動是生命的關鍵要素。構造板塊——那些像拼圖碎片一樣相互 interlocking 的地殼板塊——不斷移動，有些板塊滑到其他板塊下方，並以稱為俯衝的過程潛入行星內部。數百萬年來，這個過程透過在地球大氣層和地球深處之間迴圈吸熱二氧化碳，防止地球變得過熱或過冷。它就像一個天然的恆溫器，這可能意味著愛動彈的行星更可能孕育生命。
因此，科學家們渴望破譯允許板塊構造產生的條件。這就是為什麼 NASA 噴氣推進實驗室（位於加利福尼亞州帕薩迪納）的行星科學家蘇珊娜·斯姆雷卡將目光投向了金星——特別是某些看起來與地球上現在正在發生俯衝作用的地點極其相似的地點。科學家們一致認為，俯衝是走向板塊構造的第一步，然而，在金星上並沒有明顯的板塊運動跡象——至少在麥哲倫幾十年前製作的地圖中沒有。例如，聖安地列斯斷層是地球太平洋板塊和北美板塊之間的構造邊界，其寬度從幾米到一公里不等——太窄了，無法在麥哲倫地形資料中顯示出來。
但未來的地圖可能會揭示出這樣的構造特徵。斯姆雷卡是一項名為 VERITAS 的潛在任務的首席研究員，她和她的團隊很快將向 NASA 提出該任務。這項地球物理任務將使用雷達以比以往更高的解析度繪製金星地形圖——將精度從大約 15 公里提高到 250 米——並使科學家們首次能夠發現像聖安地列斯斷層一樣小的特徵。
儘管科學家們不知道他們會發現什麼，但他們有可能發現過去板塊構造的證據。斯姆雷卡說，這樣的發現將解釋為什麼金星在數十億年的時間裡保持了類似地球的環境——天然的恆溫器會控制住二氧化碳。它也會解釋金星是如何變成地獄般的。當板塊構造停止時，大氣中的二氧化碳水平會升高，並捕獲如此多的熱量，以至於海洋蒸發。
但這只是一種可能的發現。一些科學家熱衷於研究這顆行星的大氣層，其中蘊藏著另一組同樣誘人的秘密。
加文提議的探測器名為 DAVINCI，它將穿過大氣層，測量有毒化合物的混合物。惰性氣體（尤其是氙氣）的同位素可以讓科學家們瞭解這顆行星的火山歷史，並揭示金星最初是否擁有與地球一樣多的水。“金星的大氣層是一個潛伏的實驗室，可以告訴我們它的歷史，”加文說。“而且，實際上，大氣層中的大多數測量結果都非常不完整。”此外，探測器還將拍攝地表影像——這要歸功於加文令人恐懼的直升機飛行——直到撞擊前的最後幾秒。
VERITAS 和 DAVINCI 都將在 7 月份進入 NASA 未來“發現”級任務的競爭——“發現”級任務是一系列低成本行星探測器，每項任務的成本僅為 5 億美元。而且有傳言說，它們並非孤軍奮戰。在研究太空各種天體的數十項提案中，可能有多達五項金星任務（包括一個氣球）。例如，NASA 上一次“發現”級任務競賽（在 2015 年）考慮了 27 項提案——從探索小行星、衛星和太陽系行星的探測器到可以拍攝太陽系外圍區域影像的望遠鏡——然後選擇了兩個將要飛行的任務。
今年年底，政府將選擇幾個任務進行進一步研究，並將在兩年後選出最終專案。斯姆雷卡和加文都希望他們的任務都能被選中，部分原因是他們在上次“發現”級任務競賽中提出了類似的任務，並且他們都被選中進行進一步研究，以及其他三項任務。如果其中一項金星任務成功，它將在 2020 年代中期發射。
即使在那之後，金星可能仍然是行星際活動的中心。ESA 最近挑選了一個名為 EnVision 的金星探測器，以及其他兩個入圍者，作為最早可能在 2032 年飛行的任務。與 VERITAS 一樣，EnVision 也是一顆軌道飛行器。但與 VERITAS 不同，VERITAS 將以 15 到 30 米的解析度繪製整個行星的地圖，EnVision 將以高達 1 米的解析度分析行星的小部分割槽域。在如此高的精度下，科學家們或許能夠看到蘇聯遺留下來的著陸器。
他們甚至可以挑選出著陸器所 resting 的岩石型別。這是可能的，因為天文學家在 20 世紀 90 年代初發現，某些波長的光線可以穿過二氧化碳的薄霧，從而隱藏金星表面。一顆攜帶光譜儀的軌道飛行器，其光譜儀調諧到光 spectrum 中的這些透明“視窗”，可以從雲層上方分析行星表面的成分。這是一個令人興奮的前景，特別是如果科學家們能夠發現花崗岩。
與玄武岩一樣，花崗岩也是在熔融岩漿冷卻和硬化時形成的。但與玄武岩不同，花崗岩的配方通常需要大量的水——這種情況發生在地球上，當富含水的洋殼俯衝到另一個板塊下方時。因此，如果發現金星富含花崗岩，那麼它可能曾經充滿了液態水。
這可能是迄今為止最好的暗示，表明這顆行星曾經是一個與今天的地球非常相似的淡藍色圓點——這是它們不同故事中的又一個線索。
問題是金星大氣層中實際上只有五個狹窄的光譜視窗是透明的。由於資訊如此之少，科學家們不確定他們是否能夠區分花崗岩和玄武岩。因此，柏林行星研究所的行星科學家約恩·赫爾伯特將這兩種型別的岩石都置於類似金星的條件下，並透過這些狹窄的頻帶對其進行成像。他的實驗表明，這兩種岩石的光譜看起來截然不同，未來的任務可以利用這些視窗。他和他的同事們製造了一種儀器，利用這種技巧來繪製金星表面任何花崗岩的地圖。它將搭載 VERITAS 和 EnVision 飛行。
觸手可及
為了真正瞭解金星表面，許多科學家希望真正將飛行器降落在我們有毒的孿生姐妹星上——這是一項 35 年來尚未實現的壯舉。儘管蘇聯向金星發射了幾個著陸器，但倖存下來的著陸器很快就屈服於這顆行星的惡劣環境：持續時間最長的著陸器也只堅持了 127 分鐘。
但科學家們希望打破這一記錄，並且已經設計出可以持續數月而不僅僅是幾分鐘的技術。NASA 位於俄亥俄州克利夫蘭的格倫研究中心的一個團隊正在建造一個應該至少能存活 60 天的探測站。該著陸器沒有使用龐大的體積來吸收熱量或用製冷來對抗惡劣條件，而是使用由碳化矽（一種矽和碳的混合物，常用於砂紙和假鑽石）製成的簡單電子裝置，這種裝置可以承受金星環境。“這才是金星探索的真正遊戲規則改變者，”格倫研究中心的電子工程師菲利普·諾伊德克說。
該團隊已經在一個金星模擬室中測試了這些電路——一個 14 噸重的 stainless-steel 罐，可以模擬金星表面的溫度、壓力和特定化學成分。研究人員利用這些結果設計了一個名為 LLISSE（長壽命原位太陽系探測器）的固定式地表探測器，該探測器應該在 2020 年代中期準備好飛行，並將提供給其他國家。“歡迎任何金星任務使用 LLISSE，”同樣在格倫研究中心的電子工程師加里·亨特說。他和團隊非常小心地設計了一個只有烤麵包機大小的著陸器——使其既小又輕，足以搭乘未來的許多工。
儘管 LLISSE 體積小巧，但它能夠記錄溫度、壓力、風速、風向、地表太陽能的數量以及低層大氣中的一些特定化學物質。而且它將持續數月這樣做，為金星大氣層模型提供關鍵輸入。“想象一下，如果有人試圖透過在室外待 127 分鐘來說自己知道地球上的天氣，”亨特說。這是目前金星上任何天氣資料的最長記錄。
Roscosmos 的科學家已經迫不及待地想使用這項新技術了。在與 NASA 合作的一項提案中，他們正在進行一項名為 Venera-Dolgozhivuschaya（後者意為長壽命），簡稱 Venera-D 的任務。這項任務將包括各種元件——一顆軌道飛行器、一個著陸器和一個長壽命探測站。著陸器將包括許多先進的儀器，但只能持續幾個小時；長壽命探測站的設計將更簡單，但將繼續進行數月的測量。這個探測站很可能是 NASA 的 LLISSE。
至少，這是基線架構——但該任務可能包括更多內容。今年，Venera-D 團隊釋出了一份報告，其中涵蓋了許多潛在的附加專案，包括一個可以探索多雲大氣層的氣球。這為在金星上尋找生命打開了可能性。迄今為止提出的所有其他任務都旨在評估金星過去是否宜居。但氣球或許能夠在唯一可能在今天生存的環境中尋找生命：天空。
“你可以想象，在炎熱惡劣的表面和寒冷的太空真空之間，存在一些條件——就像金髮姑娘原則一樣——非常適合生命，”戴亞說。這一層不僅具有令人愉悅的溫度，而且還可能具有來自太陽的營養物質、液態水和能量。如果生命曾經在這顆行星上存在過，它可能已經被帶到雲層中，並在地表變得有毒後在那裡倖存下來。
但奧坎波認為，即使沒有氣球，Venera-D 任務的三個主要組成部分也將提供卓越的科學成果。“這將是一項在理解金星科學方面的突破性任務，”她說。“我們以前從未有過類似的任務。”
不幸的是，Venera-D 尚未被選中，許多科學家對這項任務長期以來一直被討論但仍未獲得適當的資金表示擔憂。但莫斯科空間研究所的 Venera-D 任務首席科學家柳德米拉·扎索娃希望這種情況今年可能會改變。
這並不是唯一一項正在進行的大型雄心勃勃的任務。一些美國團隊計劃向 NASA 的“新疆界”計劃（上限為 10 億美元）和“旗艦”任務計劃（成本更高）提交金星專案。由於金星提案在過去的競爭中表現良好（通常僅落後於選定的提案），科學家們認為它們現在很有可能升至榜首。
隨著每個航天機構都將目光投向我們的鄰居，金星很可能在未來幾十年內迎來一批訪客。儘管他們都計劃以某種方式解決宜居性問題，但加文確信，無論他們發現什麼，都將“超出我們最瘋狂的夢想”。也許他們會證明金星曾經是一個海洋世界。或者他們可能會發現它今天仍然具有構造活動。“我們需要 выяснить，”他說。“因為她在等待告訴我們一些事情，我不想錯過機會。”
本文經許可轉載，並於2019 年 6 月 5 日首次發表。