1974年2月，美國(guó)航天局（NASA）的水手10號(hào)飛船在飛離金星時(shí)捕捉到了這看似寧?kù)o的金星景象。但與其平靜的外表相反，金星是一個(gè)酷熱難耐、大氣壓力巨大且云層由腐蝕性酸液構(gòu)成的世界。

（圖源：NASA官網(wǎng)-Venus Facts）

當(dāng)我們仰望星空時(shí)，有一顆行星總是以明亮的姿態(tài)吸引著人類的目光——它就是金星。在太陽(yáng)系的行星家族中，它是地球公認(rèn)的“姊妹星”，卻又以極端的環(huán)境成為令人望而生畏的“地獄星球”。從蘇聯(lián)的金星7號(hào)首次登陸，到如今多國(guó)規(guī)劃的探測(cè)藍(lán)圖，人類為何對(duì)這顆熾熱行星執(zhí)著探索？它的身上藏著哪些關(guān)乎地球未來(lái)的秘密？

金星的“地獄圖景”，竟成為類地行星的“演化對(duì)照物” 

金星與地球的相似性，是人類探索它的核心動(dòng)力。作為太陽(yáng)系內(nèi)最接近地球的類地行星，它的體積約為地球的0.88倍，質(zhì)量約為地球的0.82倍，早期與地球可能擁有相似的物質(zhì)構(gòu)成和能量接收條件。

然而，金星的演化軌跡與地球截然不同，其環(huán)境嚴(yán)酷到顛覆認(rèn)知：它的表面溫度最高可達(dá)475℃，足以熔化鉛和鋅；大氣壓強(qiáng)大約是地球的92倍；上空覆蓋著厚達(dá)20-30公里的硫酸云，這些云團(tuán)以360公里/小時(shí)的速度環(huán)流，形成復(fù)雜的極地渦旋。更令人意外的是，關(guān)于金星是否存在過(guò)海洋的爭(zhēng)議至今未決。傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為金星早期可能有液態(tài)水，但瑞士科學(xué)家的最新氣候模型顯示，由于云層優(yōu)先在夜間形成且無(wú)法有效遮擋陽(yáng)光，金星表面溫度從未低至讓水蒸氣凝結(jié)成水滴并降雨形成海洋的程度——這種強(qiáng)烈反差使其成為研究行星宜居性演化的天然“對(duì)照實(shí)驗(yàn)室”。

通過(guò)探測(cè)金星，科學(xué)家能解答兩個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題：類地行星的宜居性如何形成？又會(huì)因何種因素走向終結(jié)？這不僅能為地外生命搜尋提供依據(jù)，更能為地球的氣候保護(hù)敲響警鐘。

該圖講述的是“宜居帶”，是指距離恒星遠(yuǎn)近適中、溫度適宜水保持液態(tài)的范圍。在“宜居帶”內(nèi)的發(fā)現(xiàn)，比如地球大小的行星開(kāi)普勒-186f，正是科學(xué)家們希望找到水，進(jìn)而找到生命的地方。而起初科學(xué)家們認(rèn)為金星可能是太陽(yáng)系中首顆宜居行星。（圖源：NASA官網(wǎng)-VERITAS Science。）

金星探測(cè)的“黃金時(shí)代”：多國(guó)任務(wù)開(kāi)啟新征程

金星曾被戲稱為“被遺忘的行星”，但如今已迎來(lái)探測(cè)熱潮。歷經(jīng)多國(guó)的努力，一系列金星探測(cè)任務(wù)為研究這顆熾熱行星提供了豐富的科學(xué)數(shù)據(jù)。

蘇聯(lián)的金星計(jì)劃（Venera，1961~1983）率先突破技術(shù)難關(guān)，使金星7號(hào)于1970年成為首個(gè)成功著陸金星的探測(cè)器。

NASA的先驅(qū)者金星1號(hào)（Pioneer Venus 1，1978年）首次利用雷達(dá)繪制金星地形圖，并揭示其大氣成分及溫室效應(yīng)。隨后，麥哲倫號(hào)金星探測(cè)器（Magellan spacecraft,1989年）詳細(xì)繪制了金星98%的表面地圖，揭示了其火山活動(dòng)和地質(zhì)復(fù)雜性。

歐洲航天局（ESA）的金星快車（Venus Express，2005年）一直運(yùn)行至2014年，進(jìn)一步研究了金星大氣快速旋轉(zhuǎn)的現(xiàn)象和溫室效應(yīng)。

日本航天局（JAXA）的拂曉號(hào)（Akatsuki，2010年）克服早期引擎故障，成功進(jìn)入金星軌道,專注大氣與天氣研究。

底圖圖源：衛(wèi)星百科

探測(cè)金星的“硬核實(shí)力”：與極端環(huán)境的博弈

登陸或探測(cè)金星，對(duì)航天器是極致考驗(yàn)，核心技術(shù)突破集中在三個(gè)方面：

一是耐高溫高壓材料，蘇聯(lián)金星7號(hào)的著陸艙采用多層隔熱殼體，能承受580℃的再入高溫和180兆帕斯卡的大氣壓，才實(shí)現(xiàn)了23分鐘的表面數(shù)據(jù)傳輸；

二是通信與導(dǎo)航技術(shù)，ESA的木星冰衛(wèi)星探測(cè)器（Jupiter Icy Moons Explorer，縮寫(xiě)JUICE）在接近金星時(shí)曾因信號(hào)中斷陷入危機(jī)，最終通過(guò)“盲指令”和備用天線恢復(fù)通信，而金星與地球的11分鐘信號(hào)延遲，要求航天器具備高度自主控制能力；

三是軌道控制技術(shù)，ESA的展望號(hào)探測(cè)器（En Vision）需通過(guò)“大氣制動(dòng)”技術(shù)，在金星大氣中進(jìn)行數(shù)千次軌道調(diào)整，對(duì)此需要航天器耐受氧原子的侵蝕和雙倍于地球的太陽(yáng)輻射。

圖為ESA的展望號(hào)（En Vision） 圖源：ESA官網(wǎng)-Readying spacecraft to surf Venus' atmosphere

探索焦點(diǎn)為何是大氣？地球氣候的“極端預(yù)警系統(tǒng)”

對(duì)金星的探索長(zhǎng)期聚焦于大氣層面，核心原因有兩點(diǎn)：一是表面環(huán)境過(guò)于惡劣，探測(cè)器難以長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，而大氣是相對(duì)“溫和”的探測(cè)載體；二是金星大氣的極端溫室效應(yīng)，與地球氣候系統(tǒng)存在直接關(guān)聯(lián)。

金星大氣中二氧化碳占比高達(dá)96.5%，濃厚云層反射大量陽(yáng)光并鎖住熱量，形成失控的溫室效應(yīng)——這正是地球氣候研究的“極端案例”。研究金星大氣的環(huán)流規(guī)律、溫室氣體循環(huán)機(jī)制，能幫助科學(xué)家完善地球氣候模型，預(yù)判溫室氣體濃度上升可能帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)。例如，金星大氣中羥基（—OH）和一氧化氮（NO）的發(fā)現(xiàn)，為理解行星大氣化學(xué)反應(yīng)提供了關(guān)鍵數(shù)據(jù)，這些反應(yīng)過(guò)程與地球平流層臭氧保護(hù)機(jī)制密切相關(guān)。

探測(cè)成果：金星大氣與地質(zhì)的關(guān)鍵發(fā)現(xiàn)

登陸或探測(cè)經(jīng)過(guò)半個(gè)多世紀(jì)的探測(cè)，人類已揭開(kāi)金星的部分面紗：

大氣層面，蘇聯(lián)的金星4號(hào)探測(cè)器下降艙首次通過(guò)測(cè)量金星大氣層的溫度、壓力、密度并開(kāi)展實(shí)驗(yàn)分析，發(fā)現(xiàn)金星大氣層約95%是二氧化碳；ESA的金星快車不僅在紅外波段探測(cè)到一氧化氮及羥基在1.40~1.49μm波段的明確信號(hào)，還觀測(cè)到大氣中二氧化硫濃度的周期性波動(dòng)，這種波動(dòng)被認(rèn)為與地表火山活動(dòng)存在直接關(guān)聯(lián)。

地質(zhì)層面，NASA的麥哲倫號(hào)探測(cè)器發(fā)現(xiàn)金星上有巨大的熔巖流、數(shù)以千計(jì)的裂縫和火山口，還有高聳的山嶺、巨大的峽谷、隕石坑、沙丘和活火山等，探測(cè)表明，金星上時(shí)有大的風(fēng)暴，有過(guò)火山活動(dòng)，表面溫度高達(dá)540℃。

盡管探測(cè)成果豐碩，但金星仍是太陽(yáng)系中最神秘的行星之一。目前最核心的未解問(wèn)題包括：金星內(nèi)核的狀態(tài)如何？是否存在板塊構(gòu)造？麥哲倫號(hào)發(fā)現(xiàn)的“鑲嵌地塊”是否類似地球大陸，暗示早期宜居環(huán)境？此外，金星大氣中偶爾出現(xiàn)的磷化氫信號(hào)，是生物活動(dòng)痕跡還是地質(zhì)過(guò)程產(chǎn)物？這些問(wèn)題都需要未來(lái)任務(wù)給出答案。

圖為ESA展望號(hào)（En Vision）未來(lái)的任務(wù)將觀測(cè)到的內(nèi)容 圖源：ESA官網(wǎng)-Top five Venus mysteries En vision will solve

從“啟明星”的古老傳說(shuō)，到探測(cè)器傳回的熾熱數(shù)據(jù)，金星的故事始終與地球緊密相連。它既是警示極端氣候的“鏡子”，也是探索行星演化的“鑰匙”。隨著達(dá)芬奇號(hào)、真理號(hào)等任務(wù)的推進(jìn)，這顆“地獄姊妹星”終將向人類展露更多真相——而這些真相，或許正是保護(hù)地球未來(lái)的關(guān)鍵。

參考文獻(xiàn)：

Venus Facts.https://science.nasa.gov/venus/venus-facts/.

VERITAS Science.https://science.nasa.gov/mission/veritas/.

Results from Venus Express.https://sci.esa.int/web/venus-express/.

Juice team resolves anomaly on approach to Venus.https://www.esa.int/Enabling_Support/Operations/Juice_team_resolves_anomaly_on_approach_to_Venus.

Readying spacecraft to surf Venus' atmosphere.https://www.esa.int/Enabling_Support/Space_Engineering_Technology/Readying_spacecraft_to_surf_Venus_atmosphere.

Top five Venus mysteries Envision will solve.https://www.esa.int/Science_Exploration/Space_Science/Envision/Top_five_Venus_mysteries_Envision_will_solve.

氣候模型顯示金星上從未有過(guò)海洋.http://www.kepu.gov.cn/education/2021-10/14/content_1753977.html.

為什么金星很難探測(cè)？最早的金星探測(cè)器有什么發(fā)現(xiàn)?麥哲倫號(hào)探測(cè)器是如何探測(cè)金星的?.https://www.cnsa.gov.cn/n6758968/n6758973/c6772133/content.html.

“拂曉號(hào)”落幕，給金星探測(cè)帶來(lái)哪些啟示？.http://szb.htgjjl.com/htb/2024-06/08/content_56186.html.

金星7號(hào).https://zh.wikipedia.org/wiki/金星7號(hào).

本文摘編自《科學(xué)世界》雜志2025年第1期，文章內(nèi)容略有刪改。

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