經過幾十年的忽視，地獄般且雲霧籠罩的金星——有時被稱為地球的邪惡雙胞胎——是一個準備好並等待重新探索的世界。
這是美國宇航局噴氣推進實驗室上個月底釋出的一項新研究傳達的資訊，但有一個重要的注意事項：該研究的貢獻者認為，重返金星的最佳方式可能是飛越我們姐妹世界的出奇友好的天空。儘管地表溫度和壓力會熔化金屬並壓碎重型機械，但在行星大氣層中較高的高度，條件要溫和得多，甚至可以說是宜居的。研究負責人、噴氣推進實驗室太陽系探索理事會的專案經理詹姆斯·卡茨說，氣球、飛機和其他高科技空中平臺可以利用這種溫和的環境，收集其他方式無法獲得的金星大氣成分、環流甚至生命前景的資料。“我們在這裡談論的是一個在金星大氣層中溫度適宜，用一個詞來說是‘類地球’區域執行的平臺，”他告訴大眾科學。
卡茨說，這份報告及其涉及來自各個機構的 50 多人的調查結果，將納入計劃於 2020 年開始的下一次行星科學十年調查。目標是美國國家科學院在 2022 年向美國宇航局提交最終報告。這份權威評估將大量借鑑行星研究界的觀點，為航天局和國會撥款人在規劃未來任務時提供藍圖。
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噴氣推進實驗室的評估考察了固定高度和可變高度氣球，以及一種混合飛艇，它可以利用浮力和空氣動力升力在金星雲層中漂浮，以及一種固定翼太陽能飛機，它可以依靠陽光和對流氣流翱翔。從這些高聳的位置，任何這些平臺都可以部署探測器、拍攝影像並執行其他一系列科學實驗。
在這些平臺中，研究得出結論，可變高度氣球是“最佳選擇”，因為它們處於“最佳位置”，在高度移動性和技術簡單性之間取得平衡，為美國宇航局提供了一個雄心勃勃但可實現的任務選項，發射時間在 2023 年至 2032 年之間。研究報告的作者說，對於這樣的任務來說，沒有技術上的攔路虎。不過，還需要對新的科學儀器進行投資，還需要建模工具來更好地瞭解飛行或漂浮在異星世界高空的飛行器的行為。
令人驚訝的是，這場新興的“重返金星”運動受益於矽谷最近的發展——即谷歌的 Project Loon，這是一個不斷增長的長壽命氣球網路，旨在為全球網際網路匱乏社群的人們提供連線。例如，在去年颶風瑪麗亞在波多黎各造成毀滅性登陸後，Loon 計劃在島上的電信網路正在恢復期間，為超過 20 萬人提供了危機連結。
Loon 計劃使用“空氣壓載”方法，其中使用外部充氣層來調節內部充氦氣球的升力，該計劃已表明，即使在面對強風時，他們也可以在 12 英里高度準確導航和操作他們的飛行器長達 190 天。在金星更稠密、更熱的大氣層中，這種飛行器可能會漂浮得更高，在下方景觀上方約 40 英里處徘徊。“我們在 Google Loon 獲得的經驗是對‘這東西有效’這一說法的極大推動，”卡茨說。“如果我們能在地球上非常相似的環境中做到這一點，我們也能在金星上做到這一點。”
繁榮與衰落
但是為什麼要探測金星，又有什麼新發現呢？
“在行星際探索的早期，金星的任務源源不斷。然而，在過去的 25 年裡，只有三個直接飛往該行星的任務，”美國宇航局總部行星科學部代理主任洛裡·格萊澤說。
美國宇航局上次金星任務是 1989 年發射的麥哲倫號，它繪製了金星的表面地圖。2006 年，歐洲航天局的金星快車任務進入金星軌道，為科學家提供了豐富的 атмосферных 資料，直到 2014 年。目前，金星上唯一的航天器是日本宇宙航空研究開發機構的“曉”號任務，該任務於 2010 年 5 月發射，並於 2015 年 12 月抵達金星軌道，以研究該行星大氣層和雲層的結構和動力學。“今天，歐洲、俄羅斯和印度對了解金星的國際興趣日益濃厚。美國科學家也向美國宇航局的競爭性任務機會提出了許多概念，”格萊澤說。
格萊澤說，金星為地球提供了一個近鄰實驗室，以研究岩石行星即使在最初非常相似的情況下，也可能如何與地球形成和演化不同。“隨著我們發現圍繞其他恆星執行的新世界，我們充分了解岩石行星可能採取的完整演化路徑變得越來越重要，這樣我們才能更好地識別出哪些系外行星最適合孕育生命。”行星科學界已經在為下一次行星科學十年調查做準備，進行任務概念研究，“金星是我們關注的主題之一，”她補充道。
“與其他目標相比，以及與該行星的科學重要性相比，金星顯然被低估了，”行星科學研究所的高階科學家、天體生物學家大衛·格林斯蓬說。“在某種程度上，這有點令人尷尬，”他說。他指出，在隨後的幾十年裡，所有關於金星的知識都使其成為更引人注目的科學目標。特別是，最近對該行星及其過去氣候的建模表明，它可能有一個大型海洋，並且在其生命週期的大部分時間裡都適合居住。“金星可能[曾經]擁有宜居的表面海洋，這帶來了各種令人著迷的可能性。它可能與地球交換了生命。地球上的生物進化故事可能與金星有關，”他說。“在太陽系歷史的大約一半時間裡，可能有兩個海洋行星——金星和地球——緊挨著彼此。”
類地世界模板
西南研究院的行星科學家羅伯特·格里姆也認同這一觀點。他也是美國宇航局金星探索分析小組 (VEXAG) 現任主席，並且是噴氣推進實驗室關於空中平臺研究的傑出貢獻者。“金星可能是太陽系中第一個宜居行星，”他說。
根據格里姆的說法，未來金星探索有三個主要主題：瞭解其大氣層，瞭解為什麼其地質與地球如此不同，以及發現曾經充滿金星海洋的所有水發生了什麼。
金星的大小和質量與地球相近，基本上由相同的岩石和金屬構成——因此它通常被稱為地球的雙胞胎。“但相似之處僅限於此，”格里姆說。金星有一個巨大的二氧化碳大氣層，在地表，壓力高達 90 個大氣壓，溫度超過 800 華氏度。雖然地表平靜，但高空風速超過每小時 200 英里。地球和金星的命運如何在如此程度上發生深刻分歧仍然是一個激烈的爭論話題，只有透過更多的資料才能解決。
在更遠的系外行星領域，研究人員希望瞭解如何最好地區分金星般的地獄世界和圍繞其他恆星執行的類地球伊甸園。格里姆說，金星是類地行星模板的一部分，“瞭解類地行星如何演化，包括它們的大氣層和表面，讓我們知道宇宙中‘地球大小’在何處意味著‘類地球’。”
格里姆實際上已經進行空中飛行，以研究一種新的金星探索技術，進行美國宇航局贊助的氣球飛行，以測試能夠穿透雲層遠端探測數英里以下岩石特性的裝置。他 9 月下旬的最新飛行將他的實驗帶到了愛達荷州中部上空——那裡的花崗岩山脈引發了與金星富含玄武岩的岩石類似的儀器響應。
重返被遺忘的世界
金星空中探索的下一步是什麼？可能的途徑之一是美國為美俄聯合任務 Venera D 提供空中平臺。美國宇航局和俄羅斯科學院空間研究所科學定義團隊已經對該任務進行了近四年的審議，一份新報告將於明年初發布。俄羅斯將提供金星著陸器和軌道器，美國可以貢獻一個空中平臺。自 20 世紀 60 年代以來，蘇聯多次向金星發射航天器，包括幾艘重型著陸器，它們成功地（儘管時間很短）從地表傳回了影像，然後才屈服於該行星的惡劣環境。
美國宇航局也很快將開始研究金星旗艦任務，為即將到來的行星科學十年調查做準備。開始新一輪金星探索的其他途徑可能是透過美國宇航局資金更適度的發現計劃和新前沿計劃，甚至可能是利用 CubeSat 技術的小型任務。美國宇航局的格萊澤說，隨著對這種技術的興趣日益濃厚，該界正在看到更多機會來利用這種能力來了解該行星的過去、現在和未來。
“金星是被遺忘的行星，”噴氣推進實驗室的卡茨說，他希望 2020 年代將成為行星科學的“金星十年”。“從現在到那時，我們需要做好準備，併為這些技術的成熟做好準備。”