11月9日,欧洲空间局研制的首个金星探测器“金星快车”将用俄罗斯运载火箭发射升空,开始飞奔金星的旅程。由于金星是地球的内邻星,“金星快车”是人类探测火星停顿16年之后再次发射的金星航天探测器,必将引发新一轮的金星探测热潮,因而发射消息被新闻媒体披露后,引起广泛的关注。
金星的航天探测 金星是处于水星和地球之间的1颗行星。古代中国通常将其称作太白金星或太白星。除了太阳和月球以外,它是人的肉眼能够看到的最为明亮的天体。由于金星被浓密的大气层所包围,所以给地面天文观测带来很多困难,极难看清它的真实面目。正缘于此,在人类进入空间时代以后,发射航天器探测金星就成为顺理成章的事情了。
20世纪60年代以来,人类已向金星发射了30个航天器,其中21个成功,9个失败。1961-1984年,苏联共向金星发射了23个探测器,计有15个获得成功。1962 -1989年,美国共向金星发射了7个探测器,计有6个获得成功。它们中有的是从金星旁边飞掠而过,对金星大气做了探测或摄像;有的是成为金星的人造卫星,用雷达等科学仪器对金星表面进行综合考察;有的是在金星上硬着陆,在降落过程中对金星大气参数进行测量;有的是在金星上软着陆,在金星表面进行研究分析;有的释放探测器着陆金星表面开展工作。其探测数据资料都发回了地面。
值得提及的是,1989年5月5日,美国阿特兰蒂斯号航天飞机将麦哲伦号探测器带上太空,并在5月6日把它送上飞向金星的旅途。麦哲伦号探测器重3365千克,装有一套先进的电视摄像雷达系统,能透过厚实的云层测绘出金星上一个足球场大小的物体图像。它经过462天的太空飞行,于1990年8月10日飞临金星,每隔40分钟向地球传回测得的数据和拍摄的照片。麦哲伦号探测器首次获得第一张完整的金星地图。1994年10月,麦哲伦号完成了它的使命,直接坠入了金星厚厚的浓雾之中。
即将升空的“金星快车”是人类向金星发射的第31个探测器。
金星是个大温室 航天探测资料帮助科学家们看到了金星的大体面目。
金星的温室效应。人们通常把透射阳光的密闭空间形成内部相对温度较高的环境称作温室效应。金星上浓密的大气层致使其表面空间就出现了这种现象。金星表面温度高达480℃,即使夜间也下降不多,成了太阳系中最热的行星。这是由以二氧化碳为主要成分的金星大气造成的。二氧化碳气体白天可使阳光通过,照到金星表面,晚间又阻隔金星表面红外线向外辐射,无法对外进行热交换,结果使金星成为一个大温室。
金星的奇特大气。金星大气可分为下层、云层和上层三个层次。距星面50千米以下为下层,除有二氧化碳和水蒸气外,还有氟和氢氟酸。距星面50~100千米为浓密的云层,主要由硫酸液滴组成,还有少量盐酸、氢氟酸和氟硫酸等。距星面100~500千米为上层稀薄大气,在太阳风、宇宙射线等的作用下被电离而形成电离层。
金星的地质地貌。金星表面乱石纵横,面积的三分之二是丘陵高地,四分之一是洼地,十分之一是山区,很像地球大陆。表面物质几乎全是硅、铝、铁、镁、钙、钛、钾、锰等氧化物。表层下埋藏着钾、铀、钍等元素。它有过与地球规模相仿的海洋,但已全部被蒸发。由于高温和无水,金星上没有生命。
尽管如此,人类对金星的认识仍然有限。有鉴于此,目前世界航天大国或国际机构正在研制新的金星探测器,“金星快车”就是最早问世的一个。
破解更多金星之谜 “金星快车”原定于10月26日发射,因俄工作人员在火箭发射的最后准备阶段发现,火箭发动机的绝热层受损,故而被迫推迟到11月9日。由于金星每8个月与地球有一次接近的机会,“金星快车”要沿着内切地球公转轨道外切金星公转轨道的霍曼轨道飞行,因而今年10月26日至11月26日之间为其发射窗口时间。在此期间发射“金星快车”并不是飞行路线最短,而是最节省火箭能量。按照预定计划,“金星快车”发射升空经150多天的飞行后进入金星极地轨道,随即对金星进行500天的探测。
之所以将它称为“金星快车”,并非因其飞得快,而是研制速度快。欧空局研制“金星快车”时利用了2003年6月3日和2004年3月2日分别发射的“火星快车”和“罗塞塔”两种探测器的结构与部分仪器,使该项目从2001年提出最初构想到运至俄罗斯准备发射仅用了4年时间。正如欧空局金星探测负责人顿·马科伊所说:“我们的探测器是名副其实的‘快车’,因为此前还没有任何一个宇宙探测项目进展得如此之快”。
研制者们给“金星快车”配备了7种科学仪器,让其对金星表面与大气等进行测绘和探测。一是揭开金星大气中的“超旋转”之谜。金星云层中自东向西刮着每秒80-110米的大风,比地球上的台风要强多了。发现此一现象虽已40多年,但仍是不解之谜,希望“金星快车”能找到答案。二是探测金星全球气温平衡状况和金星温室效应的作用及形成机制,以验证以前的探测成果并提供新的线索,包括金星大气如何与金星表面互相影响等。三是研究金星云层的结构和动态发展,云雾怎样形成和变化,大气随高度增加而发生的成分演变,太阳风如何影响金星大气以及早前在云层上部发现的神秘的紫外线斑。科学家们希望“金星快车”完成上述任务有助于解决这样一个问题,即为什么1颗体积、质量、密度及成分都与地球相似的行星,在过去46亿年中,其发展历史却大相径庭。
在“金星快车”计划出台之初,俄罗斯也曾提出,要把一个超压塑料气球发射到金星表面60千米云层进行漂浮以获取更多信息的探测计划。在这一高度上的金星大气温度约为0℃,气压相当于地球海平面上的压力,气球可以浮空进行探测。接着日本提出把一个金属气球发射到金星表面40千米气层中漂浮的计划。由于此一高度上的金星大气温度为300℃,气压为地球海平面压力的20倍,金属气球既不会烧毁,又能浮空,故可开展探测活动。
日本宇宙科学研究所还准备在2007年用M5火箭发射金星探测器,于2009年进入环绕金星的轨道。探测器将在以近地点300千米、远地点60000千米的椭圆轨道上环绕金星运行。它通过携带的5台能透过大气的特殊红外线摄像机、紫外线摄像机,对金星大气进行立体结构的观测,以弄清“超旋转”的真相。同时通过对金星地表熔岩的探测,弄清金星上是否存在活火山。
作为世界航天强国的美国,虽未公布新的金星探测计划,但肯定在这方面也不会袖手旁观。由此可见,“金星快车”的发射升空,将拉开新世纪初期金星探测高潮的序幕。