如果本週早些時候金星凌日為其他行星系統中凌日世界的獵尋者提供了豐富的資訊,那是因為金星是一個已知的實體。牛津大學的行星物理學家科林·威爾遜說,研究6月5日的金星凌日,就好像它是遙遠的外行星一樣,“給了我們一個現實的檢驗”。“我們可以檢查所有那些系外行星技術,看看它們到底有多精確。”這些資料可能會加強美國宇航局的開普勒任務以及許多利用行星凌日來識別遙遠世界的地面活動,這種方法已經導致了200多顆系外行星的發現或特性描述。
如果沒有行星科學家們已經掌握的金星資料,這種現實的檢驗是不可能實現的。人類對地球雲霧籠罩的近鄰的近距離探索始於45年前,當時蘇聯探測器“金星4號”於1967年6月12日發射。
前兩次金星探測器在發射後都失敗了。“金星3號”於1965年發射,據推測墜毀在金星上,但沒有返回任何資料。
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最終,在1967年10月18日,“金星4號”成為第一個進入另一顆行星大氣層並返回資料的人造物體。“這是在任何火星著陸器或任何東西之前,”威爾遜說。它永遠改變了我們對地球姊妹星的看法。
據蘇聯[現為俄羅斯]科學院空間研究所前所長羅爾德·薩格捷耶夫說,當時對金星的瞭解並不多。他說,已知的是,“它被非常濃密的雲層覆蓋……並且確定大氣層處於超旋轉狀態”,這意味著風在金星上的速度比行星自轉速度快60倍。薩格捷耶夫補充說,未知數很多:“溫度、大氣厚度和大氣壓力。而且當時沒有人知道二氧化碳是大氣的主要成分。”
“金星4號”深入金星大氣層,到達了地球海平面壓力的22倍(一個大氣壓),並一路傳回資料。“金星4號”的儀器顯示,大氣層主要由二氧化碳組成,沒有檢測到氧氣或水。
威爾遜說,從技術角度來看,該探測器也是一項成就。威爾遜目前在歐洲航天局的“金星快車”工作,該探測器目前正在繞第二顆行星執行。“這是第一個使用大氣層減速的行星進入系統。他們必須減速300g。製造能夠承受這種衝擊的物體真是不可思議。”
但這次任務並非完美。“金星4號”在穿越濃密的大氣層時中途熄火。薩格捷耶夫說:“當時的直接解釋是,探測器設法撞擊了行星表面並終止了工作。”薩格捷耶夫從9號探測器開始管理金星計劃。直到幾年後,科學家們才意識到探測器被壓力壓碎了。“至少它幫助他們設計了下一代金星探測器,”他說。事實上,“金星8號”是“金星4號”的增強版,薩格捷耶夫稱之為“非常成功”。該著陸器在地面上存活了近一個小時,承受了比地球表面強92倍的巨大壓力。
在“金星4號”之後,蘇聯在接下來的十五年中又向金星發射了12個金星探測器——全部成功——而美國只執行了一次任務,即1978年發射的“先鋒號金星”。然而,自金星計劃結束後,很少有來自任何國家的金星任務,值得注意的例外是美國宇航局的“麥哲倫號”和歐洲航天局的“金星快車”,以及兩個蘇聯“織女星”探測器,它們的雙重任務包括飛掠哈雷彗星。關於這顆行星,還有很多東西需要了解。
例如,“金星快車”一直在尋找該行星上活躍火山活動的跡象。威爾遜說:“它一直在尋找火山產生的氣體、下層大氣中的火山羽流。”他還說,該探測器的發現對這顆多雲、灼熱的行星的現狀具有重要意義。“我們可以開始理解金星、火星和地球在它們生命週期中是如何演變的這一更廣泛的[問題]。它們都是在同一時間由相同的物質創造出來的,那麼這些最初相似的行星是如何演變得如此不同的呢?”
不幸的是,再向金星發射一個著陸器以延續金星的傳統將是昂貴的。“長期著陸器的主要概念是在圖紙上,你必須帶一個空調來保持電子裝置涼爽,”威爾遜說。“而且你沒有那麼多陽光,所以你需要一個核動力源來執行你的冷卻器。”他說,回答一些重大問題的更便宜的方法是在金星的雲層中部署一個氣球,就像 1980 年代“織女星”任務期間所做的那樣。在適當的高度,溫度將是宜人的 20 攝氏度。“不太熱,不太冷,大氣壓力是地球大氣壓力的一半。”威爾遜推測,一個假設的宇航員“可能甚至不需要穿加壓服就能離開。很舒適——只是你被有毒的硫磺雲包圍著。”
威爾遜承認,從雲層中的高處研究表面將具有挑戰性,但氣球任務至少可以調查金星的雲層化學是如何運作的,並品嚐大氣層以直接確定其成分。或許在 2117 年的下一次金星凌日時,行星科學家將得到這些問題及更多問題的答案。