(續)科技版~超遜偵探~UOD之53~太陽系之金星
﹝日本宇宙航空研究開発機構(Japan Aerospace Exploration Agency,JAXA) 主導發展的「金星探查機(AKATSUKI,PLANET-C)」,又名為「金星氣候衛星(Venus Climate Orbiter)」,已於臺北時間2010年5月21日上午5:58:22,從九州種子島宇宙中心(Tanegashima Space Center ) 順利發射升空,27分29秒後與火箭順利分離,進入太空軌道,期望能在2010年12月順利進入環繞金星的軌道,以便偵測金星大氣層,瞭解其氣候變化模式。﹞
(續)科技版~超遜偵探~UOD之53~太陽系之金星
金星——這顆在面積和構成方面與地球十分相似的星球,一直被認為最接近對地獄所作的傳統描述:灼熱的表面足以使鉛熔化;空氣的壓力比得上深深的海底;無所不在的硫磺使那裏彌漫著硫酸雨(硫磺還被稱為“地獄之火的燃料”)。
正如科羅拉多大學行星科學家大衛·格林斯普恩所說的那樣,這就是為什麼金星一直被公認為生命“最不可能”存活的地方。然而格林斯普恩認為,甚至在金星上也可能存在著生命——這表明近幾年來科學界的認識經歷了怎樣劇烈的轉變。他說,金星甚至還有可能是我們自己的生命開始的地方。金星上的微生物也許通過隕星來到了地球上,從而在地球上“播下了”我們祖先生命的“種子”。
格林斯普恩說,正如對來自月球和火星的隕石所作的研究已經證明的那樣,九大行星“並不是彼此孤立的”,“很可能有東西在行星間飛來飛去”。這就意味著下面這種情況完全是有可能的:生命在太陽系中只出現過一次,接著就通過隕星傳播到其他星球上,這些隕星是被彗星和小行星撞擊以後推到太空的。
麥哲倫號探測器1994年在完成對金星的歷時4年的研究以後發現,有跡象表明這顆在許多方面與地球相似的行星在其早期可能存在著與地球非常相似的條件。雖然金星目前是最熱的行星,但是天文學家們現在已經知道:在太陽系形成初期,太陽的溫度比現在要低30%到40%,因此,金星可能曾經是個遠比現在適宜生命存在的地方。
格林斯普恩認為,如果生命最初是在金星上開始的,如今的金星上可能還有活的微生物存在——雖然他承認這種可能性不大。金星總是被厚厚的硫磺雲包裹著,但是“硫磺雲裏面有一個雲層,那裏具備常溫和常壓”。他開玩笑說,為了能夠在那裏生存,微生物必須具備“抗酸能力,並且能夠製造氧氣和溫度較低的檸檬水”。他說,金星上目前沒有水,這是金星上可能存在生命這一觀點遇到的最大障礙。
科學家觀察到金星上的一些神秘特徵可能是生命的標誌。例如,科學家一直無法弄清是什麼物質吸收了紫外線。格林斯普恩提出,“如果那是一種色素,會不會就像地球上的葉綠素?”葉綠素使活的微生物能夠對陽光的能量加以利用。
格林斯普恩指出,我們關於生命的一切知識從根本上都是以—個例子為基礎,因為地球上所有的生命都是密切相關的。科學家對於生命提出的許多假設——比如生命必須以碳為基礎以及生命需要液態水——都只是假設。他說,也許生命產生于一種完全不同的化學基礎:在這種情況下,我們事實上可能對生命存在於哪里一無所知。他認為,不能肯定地排除任何一種環境。
在西方,金星與羅馬神話中愛與美女神同名,金星真像維納斯那樣美嗎?金星是白皙明亮的,比天狼星還要亮,是天空最明亮的星。它經常出現在天空,早晨在東方天空出現叫“啟明星”,傍晚在西方天空出現叫“長庚星”。它雖然常與人見面,人卻很難見到它的面容。因為它把臉深深埋藏在濃密的大氣層裏,不讓地球上人看見。
1610年伽利略用望遠鏡看它時,發現它像月亮一樣,有時候躲起來不肯露臉,有時露出部分面龐,難得露一下“真容”。這種情況天文學上叫做“位元相”,是金星軌道運動造成的。金星是一顆內行星,它的軌道位於地球軌道以內,當它運行到與太陽、地球三者成一直線的位置時稱為“合”,其中金星位於太陽和地球中間時稱為“下合”。在“下合”時金星最接近地球。
從距離上講是地球上人最能看清金星面貌的時候,但這時金星面向地球的一面照不到太陽光,所以看不見金星。隨著金星在軌道上移動,它慢慢離開“合”的位置,它面向地球的一面被陽光照亮的部分逐漸增加,因此人們在望遠鏡裏看到它表面的部分也逐漸增加。但金星偏離“下合”的時候,它慢慢遠離地球,當金星走到位於地球和太陽之外的位置時稱為“上合”。在“上合”時,地球上人能看到整個金星圓面,然而這時金星湮沒在強烈的太陽光輝裏,這時金星離地球又最遠,因此人們也看不到金星。
過了“上合”,金星又慢慢地從太陽光輝裏走出來,等到金星的光亮超過太陽的光亮時,我們又能見到金星的明亮部分。隨著金星偏離“上合”的位置越來越遠,金星被照亮的部分越來越少,我們看到的金星部分也越來越少。如此迴圈反復,我們就看到了金星的位相變化。
由於地面觀測者看不清金星表面,觀測金星表面細節的任務落到了空間探測上。從1961年2月12日前蘇聯發射“金星-1號”起到1989年5月4日“阿特蘭蒂斯”太空梭把“麥哲倫”探測器放進空間,美國和前蘇聯發射了數十艘金星探測器,其中1975年6月8日前蘇聯發射的“金星-9號”于當年11月22日登上了金星,第一次傳回金星表面的黑白照片。1978年12月4日到達金星的美國的“先鋒金星—1號”第一次在金星附近用雷達繪製了金星表面地形圖。
1982年前蘇聯發射的“金星-13號”和“金星-14號”兩艘探測器拍攝到金星表面黑白和彩色兩種全景像。它們還在對金星岩石成分的分析中,在金星上找到了地球上稀有的石榴石玄武岩。“金星-15號”和“金星-16號”用雷達繪製了金星北緯30度到北極的地形圖(解析度達到1-2千米)。在金星表面探測中,“麥哲倫”探測器成績更加顯著,它用雷達成像系統繪製了99%金星表面像,解析度達到300米。
通過美國和前蘇聯的幾十艘飛船的探測,我們對金星已有所瞭解。金星表面主要有兩種地形:覆蓋了熔岩流的廣闊平原和因地質活動而改變了形狀的高原。前者占65%,地勢平坦,起伏在1千米左右,高度不超過金星平均半徑2千米,由幾百千米寬、100-700千米長的寬闊岩席(熔岩鋪成的一種地形)組成;後者約占8%。
主要高原有阿芙洛蒂德高原和伊希太高原。前者長9600千米,有地球上非洲那麼大。伊希太高原上的麥克斯韋山峰是金星上最高峰,高度在平原之上11100米,比地球上珠穆朗瑪峰還高2000多米。這兩個高原有明顯的斷裂和斷層,可能是地質構造隆起的產物。環形山是金星表面的又一特徵。金星表面隨機散佈了許多環形山,它們有的來自火山爆發,有的來自小行星和彗星等小天體的撞擊。
據分析,金星表面星羅棋佈地點綴著10萬座盾形火山和幾百座巨型火山,火成岩覆蓋的面積大約占金星表面85%,有幾百平方千米面積的巨型熔岩流流到低窪地區,形成了廣闊的平原和蜿蜒曲折的“溝渠”,有的“溝渠”甚至流淌了7000千米。金星火山有許多特徵:熔岩平原、熔岩“溝渠”、小地盾、火山錐、圓丘、還有中到大的地盾和殘缺的火山口等。
概括起來,金星火山分成大中小三種。直徑小於20千米的是小火山;直徑在20~100千米的是中火山;直徑在100~600千米的是大火山。但金星上沒有見到火山爆發。是沒有火山爆發,還是有火山爆發沒有被發現?這是一個謎。
環形山的另一個來源是小天體撞擊,這是太陽系裏大多數行星共有的特徵。金星表面分佈著許多隕擊坑,它們的輪廓一般為圓形,邊緣凸起,深度比直徑小,周圍沉積了許多噴射物(它們由內到外逐漸變薄)。根據“麥哲倫”探測,金星上隕擊坑有多環隕擊坑,雙環隕擊坑,有中央峰隕擊坑,底部平滑隕擊坑,不規則隕擊坑和多重隕擊坑等6種形態。
金星表面還有幾個圓形的神秘結構,最著名的是位於麥克斯韋山脈的“克婁巴特拉”,它的直徑為108千米,有一個內盆地,一個外盆地和一些凸凹不平的噴射物。有人認為它是一個巨大火山頂的破火山口,也有人認為它是隕擊坑,還有人認為它可能起源於火山噴發。到底是什麼?還需考察。
金星表面很年輕,隕擊坑的年齡都在5億年以下。這說明金星表面重新改造過。科學家認為,這種現象表明金星與地球不同,地球釋放的能量由穩定的火山爆發和地震慢慢地耗散,金星上沒有這種情況,它像一個火山壓力鍋,在全球性爆發之前,內部壓力一直在增加。5億年前發生了最後一次爆發,重新改造了金星表面和隕擊坑的形狀,使得5億年前的古老隕擊坑全部消失了。
2006年4月11日歐洲空間局的“金星快車”(Venus Express)已順利進入了環繞金星的橢圓軌道,這是歐洲首次派出航天器考察金星。不過,“金星快車”並不在這一軌道久留。它只在這一軌道停留9天。這期間,探測器將調整太陽能電池帆板方向、伸展天線,並嘗試向地球傳回初步資料。9天后,它將繼續向距金星更近的軌道飛行,對金星進行為期486天的探測,主要任務是對神秘的金星大氣層進行更精確的探測,分析其化學成分。此外,探測器還將就太陽風對金星大氣和磁場的影響進行分析,並觀測金星氣候變化。
在2005年11月9日“金星快車”發射過程中,聯盟號火箭搭載“弗雷蓋特”上面級和“金星快車”進入亞軌道,然後聯盟號火箭第3級被分離出去,接著上面級的主發動機首次點火,使“金星快車”進入停泊軌道,不久“弗雷蓋特”上面級第2次點火,將探測器送入逃逸軌道,最後上面級與“金星快車”分離。
“金星快車”看上去像一個立方體箱子,長、寬、高分別是1.7米、1.65米、1.4米,發射品質為1270千克。探測器攜帶了空間等離子和高能原子分析儀、磁力計、行星傅立葉分光計、金星大氣特徵研究分光計、金星無線電探測儀、可見光-紅外熱成像儀分光計及金星監測相機等7種科學儀器,它們基本上沿襲了“火星快車”和“羅塞塔”探測器上的儀器,有的甚至直接採用“火星快車”和“羅塞塔”的備用硬體,在設計結構和電子設備等方面也與“火星快車”相類似。所以“金星快車”的研製費用較少。
在“金星快車”獨自飛往目的地的153天中,它用自身攜帶的發動機進行了數次小的軌道調整。在發射6天后,就做過一次這樣的調整。“金星快車”在太空中航行了約4億千米之後,接近金星。接著,探測器啟動主發動機,經過50分鐘的燃燒,使探測器的相對速度從29000千米/小時降至25000千米/小時,於是探測器被金星的引力場所捕獲,成功完成了入軌機動,進入環繞金星的橢圓軌道,時間是2006年4月11日8: 07(格林尼治時間)。
5月正式探秘金星的4個星期,“金星快車”會進行一系列的機動,以便到達預定的科學考察軌道。其科學考察軌道是傾角約為90°的極地大橢圓軌道,在這個軌道上,探測器離金星的最短距離為250千米,最大距離為66000千米,軌道週期約24小時。由於太陽引力會對其運行軌道產生攝動影響,增加軌道高度,因此,每隔一段時間,“金星快車”就必須利用發動機進行軌道維持。
“金星快車”的任務期約為2個金星日(相當於地球上的486天)。在第1個金星日中,探測器對金星實施全球性的觀測;而在第2個金星日,則致力於填補前一日的考察空隙。“金星快車”的科學任務有:①等離子環境以及它和太陽風的相互作用;②大氣環流和溫室效應的特性;③雲層的物理學和化學特性;④低層大氣的組成以及它和金星表面的相互作用;⑤表面紅外地形學。
“金星快車”把收集到的資料先儲存起來,然後每天花費8小時將這些數據傳回地球,為此,探測器上安裝了2副高增益天線(直徑1.3米和直徑0.3米),它們可以交替使用。科學家希望通過“金星快車”的探測,使人類對這顆地球的“姊妹星”有更多的瞭解。
分析溫室效應“金星快車”救地球!?金星的體積、形態和密度都和地球非常相似,所以有地球“姊妹星”之稱,是溫室效應失控及天氣系統惡性循環貯熱的絕佳參考實例。瞭解金星的物理狀況,有助人類更深入瞭解地球大氣環境,以緩和溫室效應。不過金星的氣候異常惡劣,表面溫度高達攝氏457度,不但表面沒有水,而且九成大氣是二氧化碳,所以整個行星都被厚厚的硫磺和硫酸的黃色雲層覆蓋。
科學家估計,金星目前的氣候由愈來愈劇烈的溫室效應造成,所以期望“金星快車”可以搜集金星的大氣結構,以分析其溫室效應和在高空長期形成的颶風,從而研究如何避免地球陷入相同的氣候困境。許多科學家擔心,地球會發生“正回饋”現象,即由地球永久凍土鎖住的大量二氧化碳,因溫度上升隨冰雪融解釋放出來,令溫室效應和全球暖化加劇。
歐洲宇航局“金星快車”號探測器2008年4月最新觀測顯示,金星表面可能存在著活火山,目前在金星大氣層中發現大量的二氧化硫氣體。當前科學家爭辯是否探測到的二氧化硫氣體來自近期火山噴發,還是這只是1000多萬年前火山噴發的殘留氣體。來自牛津大學的“金星快車”號科學家佛瑞德·泰勒說,“火山是氣候體系構成的關鍵部分。”
硫磺混合物並不會長期存在於地球大氣層,其原因是它們最終會與地面產生反作用。但是硫磺混合物可能會更加持久地存在金星大氣層中,它們與金星的岩石表面發生反作用時間更長一些。“金星快車”號使用分光鏡分析金星大氣層如何吸收星光和日光,這能夠指示大氣層中原子和分子的類型。該探測器觀測結果顯示,在幾天內,大氣層頂端二氧化硫數量下降至三分之二。
法國上層大氣圈氣流研究機構“金星快車”首席調查員吉恩·路普·伯特奧克斯說,“我非常懷疑金星表面上存在著火山,然而我不得不承認迄今為止我們仍不理解為什麼在金星大氣層頂端會有如此多的二氧化硫氣體,在這一區域二氧化硫氣體應當快速地被日光摧毀,但它們卻為什麼如此大量分佈在大氣層頂端。”
“金星快車”號測量金星大氣層低端吸收多少紅外線放射線時,發現二氧化硫氣體含量比大氣層頂端低一些,該探測器上的可視和紅外熱成像分光計(VIRTIS)如果探測到強烈的紅外線信號,就意味著相應區域存在著更多的二氧化硫氣體。
羅馬VIRTIS聯合首席調查員吉尤塞浦·皮奇奧尼說,“使用VIRTIS,我們探測到在金星表面35-40公里高空處存在著二氧化硫氣體,同時我們還發現在過去兩年裏,金星大氣層中二氧化硫氣體含量不超過40%。”目前,科學家們希望能夠進一步證實或反駁金星存在活火山,比如:在金星火山發現噴射的羽狀氣體流;或者在金星表面發現暗示熔岩流動的熱點區域。這些任務將由“金星快車”號探測器來完成...