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探测金星的历程(一)

时间:2006-03-25 00:00来源:《科学与无神论》06.1 作者:庾莉萍 点击:
除太阳、月亮之外金星是天空中肉眼能够看到的最明亮的星,最亮的时候达4.4等,比全天最亮的恒星天狼星还亮14倍。金星是太阳系九大行星中距离太阳第二近的行星,也是距离地球最近的行星。我国古代称之为太白,早上出现在东方时又叫启明、晓星、明星,傍
       除太阳、月亮之外金星是天空中肉眼能够看到的最明亮的星,最亮的时候达4.4等,比全天最亮的恒星天狼星还亮14倍。金星是太阳系九大行星中距离太阳第二近的行星,也是距离地球最近的行星。我国古代称之为太白,早上出现在东方时又叫启明、晓星、明星,傍晚出现在西方时也叫长庚、黄昏星。金星接受的阳光比地球多了一倍,笼罩金星的厚密云层将大约75%的阳光反射到空间,使它变得光彩夺目。无论从年龄、体积、形态、密度,还是诞生时的环境上看,金星都与地球非常相似,因此被称为地球的“姐妹星”,人们猜测那里可能出现过生命。20世纪60年代以来,人类先后向金星发射了39个航天器。

    “联盟”号飞向金星
    2005年11月9日11点33分,欧洲宇航局的“金星快车”探测器搭乘俄罗斯的“联盟———FG”运载火箭在拜科努尔航天发射场发射升空,近9分钟后火箭将探测器送入近地轨道。“金星快车”探测器在近地轨道上飞行一圈之后,火箭推进器再次点火,推动探测器离开近地轨道,进入飞往金星的星际轨道。然后探测器与火箭推进器分离,启动探测器自身的动力系统并展开太阳能电池板。
    金星每隔8个月就有一次与地球接近的机会,11月份发射“金星快车”可以使探测器飞行的距离最短。即便如此,“金星快车”也要利用153天时间飞越4,100万千米,于2006年4月11日到达金星轨道。随后,飞船将在金星轨道上停留两个金星日,即486个地球日展开探测。
    此次旅程中,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,即为什么一颗体积、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。
    “金星快车”是在“火星快车”和“罗赛塔”探测器的基础上耗时4年开发而成,造价3亿欧元。探测器重1,270千克,长宽高各为1.5米、1.8米和1.4米。探测器上面搭载了7种科学仪器:一是射电科学试验装置VeRa。可以研究距离金星表面40千米到100千米空间内的不带电大气层、电离层的密度、温度和大气压力,研究金星重力场和太阳系金星轨道以内的太阳风状况。二是宇宙离子及高能原子分析仪ASPERA。可以记录近金星表面的空间内的带电粒子及高能中性原子情况,以研究金星大气与太阳风相互作用及金星离子如何从金星逃逸。三是紫外线、可见光和近红外线成像分光计VIRTIS。用于测量距离金星表面40千米以内的大气气体组成情况,以帮助科学家研究金星不同高度大气的运动情况。四是金星快车磁强计MAG。可以测量金星大气磁场的强度和方向,以帮助了解太阳风对金星大气的影响情况。五是金星无线电科学实验仪。负责地球与飞船之间的无线电连接,调查金星表面的电离层,并测量40千米到100千米高度的大气层密度、温度和气压。六是紫外———可见光———红外成像光谱仪。用于研究40千米低空的大气组成,并跟踪云团。七是金星检测照相机。对金星的总体和局部进行拍照,并配合其他仪器的使用。

    前苏联对金星的探测
    上世纪60年代以来,美国和前苏联便开始分别向金星发送探测器。人类已经发射了39颗金星探测器,其中美国7颗,前苏联31颗,欧盟1颗。22颗探测器已成功地对金星进行了探测(美国6颗,前苏联16颗),其中3颗飞越金星,6颗探测金星,4颗绕金星轨道飞行,9颗着陆金星。
    1961年2月12日,前苏联发射了金星1号探测器,但却在距地球756万千米时通信中断,无法得到探测的结果。1967年6月12日发射的金星4号探测器,着陆舱直径1米,重383千克,外表包着一层很厚的耐高温壳体。着陆舱进入大气层后展开降落伞,当着陆舱下降到距离金星表面为24.96千米时,信号停止发射,估计是着陆舱被金星的高气压压瘪了。“金星5号”的发射时间为1969年1月5日,它的设计同“金星4号”非常接近,只是更结实一些。探测方式同“金星4号”,在着陆舱下落过程中,获得了53分钟的探测数据。当着陆舱下落到距离金星表面约24千米至26千米时被大气压坏,此时的压力为26.1个大气压。“金星6号”于1969年1月10日,同年5月17日到达金星,着陆舱一直下降到距离金星表面10千米至12千米。
    在1970年12月15日,金星7号在金星实现软着陆,成功传回金星表面温度等数据资料。测得金星表面温度为447℃,气压为90个大气压,大气密度约为地球的100倍。该飞船的着陆舱能承受180个大气压,因此成功地到达了金星表面,成为第一个到达金星实地考察的人类使者。它在降落过程中,考察了金星大气层的内部情况及金星表面结构。传回的数据表明,着陆舱受到的压力达90多个大气压,温度高达470℃。大气成分主要是二氧化碳,还有少量的氧、氮等气体。至此,人类撩开了金星神秘的面纱。
    1972年到达金星表面的“金星8号”化验了金星土壤,还对金星表面的太阳光强度和金星云层进行了电视摄像转播,金星上空显得极其明亮,天空是橙黄色,大气中有猛烈的雷电现象,还有激烈的湍流。1975年至1984年是金星探测的高潮期。1975年6月8日和14日先后发射的“金星9号”和“金星10号”,于同年10月22日和25日分别进入不同的金星轨道并成为环绕金星的第一对人造金星卫星。两者探测了金星大气结构和特性,首次发回了电视摄像机拍摄的金星全景表面图像。1978年9月9日和9月14日,苏联又发射了“金星11号和12号”,两者均在金星成功实现软着陆,分别工作了110分钟。特别是“金星12号”于12月21日向金星下降的过程中,探测到金星上空闪电频繁、雷声隆隆,仅在距离金星表面11千米到5千米的这段时间内,就记录到1,000次闪电,有一次闪电竟然持续了15分钟!1981年10月30日和11月4日先后上天的“金星13号”和“金星14号”,其着陆舱携带的自动钻探装置深入到金星地表,采集了岩石标本。研究表明,金星上的地质构造仍然很活跃,金星的岩浆里含有水分。从二者发回的照片知道,金星的天空是橙黄色,地表的物体也是橙黄色的。“金星13号”着陆区的温度是457℃,“金星14号”的着陆地点比较平坦,是一片棕红色的高原,地面覆盖着褐色的沙砾,岩石层比较坚硬,各层轮廓分明。“金星13号”下降着陆区的气压是89个大气压;“金星14号”下降着陆区为94个大气压,这样大的压力相当于地球海洋900米深处所具有的压力。在距离地面30千米到45千米的地方有一层像雾一样的硫酸气体,这种硫酸雾厚度大约25千米,具有很强的腐蚀性。探测表明,金星赤道带有从东到西的急流,最大风速达每秒110米!金星大气有97%是二氧化碳,还有少量的氮、氩及一氧化碳和水蒸气。主要由二氧化碳组成的金星大气,好似温室的保护罩一样,它只让太阳光的热量进来,不让其热量跑出去,因此形成金星表面的高温和高压环境。
 1983年6月2日和6月7日,“金星15号”和“金星16号”相继发射成功,二者分别于10月10日和14日到达金星附近,成为其人造卫星,它们每24小时环绕金星一周,探测了金星表面以及大气层的情况。探测器上的雷达高度计在围绕金星的轨道上对金星表面进行扫描观测,雷达的表面分辨率达1~2千米,可看清金星表面的地形结构,成功绘制了北纬30度以北约25%金星表面地形图。1984年12月前苏联发射了“金星———哈雷”探测器,1985年6月9日和13日于金星相会,向金星释放了浮升探测器———充氦气球和登陆舱,它们携带的电视摄像机对金星云层进行了探测,发现金星大气层顶有与自转同向的大气环流,速度高达320千米/小时,登陆设备还钻探和分析了金星土壤。“金星———哈雷”探测器在完成任务后利用金星引力变轨,飞向哈雷彗星。综观前苏联金星探测的特点在于,主要是投放降落装置考察,以特殊的工艺战胜金星上高温高压,取得了金星表面宝贵的第一手资料。
 1989年1月,前苏联发射的一部探测器穿过金星表面浓厚的大气层用雷达扫描时,发现了金星上竟然分布着两万座城市的遗迹。科学家经过辨认发现,这些城市遗迹摆成了一个很大的马车轮形状,其间的辐射状大道连接着中央的大城市。其中每座城市都是一座巨型金字塔,全部没有门窗,估计出入口开设在地下。科学家认为,这种金字塔式的城市可避高温、防严寒,风暴也奈何不了它。因此,研究人员推测,金星在800万年前曾经经历过地球现今的演化阶段,那个时候可能有智能生物存在。但是由于大气成分急剧变化,二氧化碳占了绝对优势,金星上的温室效应疯狂暴发,大量水源蒸发成云气或散失,导致金星的生态环境彻底改变,最终生命灭绝。(待续)
    作者简介:庾莉萍,广西76401部队政治部干事
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