直升机像石头一样坠落。它在马里兰州上空下降了超过1500米，略微扭曲着，地面迅速逼近。尽管这一切都按计划进行，但这并没有平复詹姆斯·加文的紧张情绪。当他意识到自己的安全带没有完全系好时，更是让他心跳加速。
然后，在离地面仅六米的地方，当飞行员将飞机从坠落中拉起并爬升到空中，然后再次坠落时，旅程变得更加疯狂。直升机那天坠落了 10 次。每次，加文都将摄像机对准地面，透过敞开的舱门，试图测量下方采石场的地形——从巨大的巨石到光滑的沙地。尽管他的兴趣点几乎不在地球上。
加文是位于马里兰州格林贝尔特的 NASA 戈达德太空飞行中心的首席科学家，也是一项拟议的金星任务的首席研究员，该任务将把探测器投放到金星大气层中。这就是为什么他在 2016 年 8 月聘请了两名飞行员驾驶直升机冲向地面，同时测试金星探测器可能拍摄到的照片。这次惊险的飞行是值得的：研究人员非常希望获得金星的详细照片，以至于那里的景色会变得熟悉。“这些图像就像你降落在你的后院一样，”他说。
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加文并不是唯一一位准备如此大胆任务的科学家。全球几乎每个航天机构目前都在草拟探索我们长期被忽视的邻居的提案。印度空间研究组织 (ISRO) 将率先发射，它将于 2023 年向金星发射一颗轨道飞行器。美国可能会紧随其后。加文和他的同事是少数几个即将向 NASA 提交任务提案的团队之一，如果被选中，这些任务将于 2025 年起飞。欧洲航天局 (ESA) 目前正在考虑一项于 2032 年向金星发射轨道飞行器的提案。俄罗斯航天局 Roscosmos 正在与美国合作，计划在 2026 年至 2033 年之间的任何时间向这颗行星发射一项大胆的任务，其中包括一颗轨道飞行器、一个将发回短期读数的着陆器和一个可以长期存活的研究站。
这种新发现的兴趣与各国长期以来忽视金星而青睐火星、小行星和其他行星的事实形成了鲜明对比。例如，在过去的 65 年里，NASA 向火星发射了 11 颗轨道飞行器和 8 个着陆器，但仅向金星发射了两颗轨道飞行器——而且自 1994 年以来就再也没有发射过。这并非缺乏科学兴趣。自 20 世纪 90 年代中期以来，仅美国科学家就向 NASA 提交了近 30 项金星提案。但没有一项获得批准。
但探索金星的势头正在增强，部分原因是科学家们认为金星可能掌握着理解是什么使行星宜居的秘密。金星曾经是地球的孪生姐妹，但如今却是一个地狱般的居所，地表温度超过 400 摄氏度，大气压力足以压碎重型机械，硫酸云在天空中飘过。如果研究人员能够破译金星上的条件为何变得如此致命，那将有助于他们评估在天文学家在整个星系中发现的数千个岩石世界中，是否可能存在生命。
随着探索金星的科学理由越来越充分，行星科学家们正在构思研究这颗行星的新方法，并在实验室中建造能够在金星表面恶劣条件下生存的技术。随着印度率先行动，可能很快就会有一连串的探测器飞向距离太阳第二近的行星。
“这可能是金星新十年的开始，”巴黎天文台的行星科学家托马斯·维德曼说。
双重麻烦
当人类最初伸向星空时，目标就是金星。我们的邻居是第一个成功的行星际探测器（美国，1962 年）的目标；第一个任务坠毁的行星（苏联，1965 年）；以及第一个成功着陆的外星世界（苏联，1970 年）。正是在这场金星太空竞赛中，科学家们发现了一个炎热且有毒的世界。这可以解释为什么人们对金星的兴趣减退了。科学家们很快意识到，这颗行星不会成为未来人类探索的家园，也不会成为寻找生命的出口。即使是进行短时间的科学研究，也将极其困难。
然而，在许多方面——大小、密度、化学成分——金星都是地球的翻版。最近的研究甚至表明，它可能在三十亿年的时间里看起来像地球，拥有浩瀚的海洋，可能对生命友好。“这就是让我充满想象力的地方，”马萨诸塞州南哈德利芒特霍利约克学院的行星科学家达比·戴亚说。“如果真是这样，那么就有足够的时间让进化开始发挥作用。”
这可能意味着金星（有点令人惊讶地）是太阳系中第一个宜居行星——一个生命起源的可能性与地球一样高的地方。仅凭这一点就足以成为重返这颗昔日海洋世界的理由。“我们为什么要投入这么多时间在火星上寻找生命，而火星只有 4 亿年的液态水呢？”戴亚问道。“而金星却有 30 亿年的水，却没有人爱她。”
然而，毫无疑问，有些事情出了可怕的错误。尽管地球和金星的起源方式相似，但两者却走上了截然不同的进化道路——分歧可能发生在最近的 7.15 亿年前。这似乎是一个不去拜访的理由，但科学家们现在认为，这使得这颗行星更加引人入胜。如果研究人员能够了解是什么导致金星经历了如此致命的蜕变，他们可能会更好地理解是什么使地球成为生命的乐园。
“金星在理解我们自身——生命在我们自己的星球上是如何进化的——方面发挥着关键作用，”位于华盛顿特区的 NASA 总部的科学项目经理阿德里安娜·奥坎波说。
现在，天文学家已经发现了太阳系外的数千颗行星——其中许多是岩石世界，它们围绕恒星运行的距离与金星和地球与太阳的距离相似，这是一个至关重要的问题。这意味着这些世界中的许多世界可能都像金星一样。“系外行星界越来越意识到，金星是太阳系中许多我们已经发现的岩石系外行星的最佳类似物，”加利福尼亚州斯坦福大学研究系外行星的天文学家劳拉·谢弗说。
从雷达上消失
有了这样一个诱人的未解之谜，我们很容易理解为什么 ISRO 重返金星会引起如此多的兴奋。“ISRO 这样做让我感到非常激动，”戴亚说。“我很高兴国际社会注意到金星并提出任务提案。这太棒了。”
尽管 ISRO 的任务笼罩在一片神秘之中（《自然》杂志给项目科学家发了数十封电子邮件和电话，但都无济于事），但很明显，该机构计划发射一颗装满仪器的轨道飞行器。当 ISRO 去年年底宣布这项任务时，它公布了一份由印度科学家提出的十几种仪器的清单，这些仪器已经被选中——让人们先睹为快。在这些传感器中，有两个将使用雷达绘制行星地图，这可以说是穿透金星稠密云层并从轨道上追踪其表面的最佳方法。
话虽如此，ISRO 是一家相对年轻的航天机构，在月球和火星上成功着陆的次数有限。而且，与其他新兴机构的项目类似，印度的首次金星任务可能是一个概念验证，它更多地关注工程而不是科学。但考虑到即使是关于金星的基本信息也缺乏，任何小小的进步都将为科学做出贡献。
其中一项贡献可能是新的金星表面特征地图——在科学上迈出了一大步。上次绘制行星地形图的任务是 NASA 的麦哲伦轨道飞行器，它于 30 年前发射。尽管这些雷达地图仍然是今天金星地质科学的基础，但它们显示的地形细节的水平分辨率平均只有每像素 10 到 20 公里（图像分辨率可以高出两个数量级）。由于地形数据如此有限，研究人员对金星的地质情况一知半解——但现有的地图确实暗示板块构造可能正在今天开始发挥作用。
这尤其令人兴奋，因为许多科学家认为构造活动是生命的关键要素。构造板块——那些像拼图碎片一样相互 interlocking 的地壳板块——不断移动，有些板块滑到其他板块下方，并以称为俯冲的过程潜入行星内部。数百万年来，这个过程通过在地球大气层和地球深处之间循环吸热二氧化碳，防止地球变得过热或过冷。它就像一个天然的恒温器，这可能意味着爱动弹的行星更可能孕育生命。
因此，科学家们渴望破译允许板块构造产生的条件。这就是为什么 NASA 喷气推进实验室（位于加利福尼亚州帕萨迪纳）的行星科学家苏珊娜·斯姆雷卡将目光投向了金星——特别是某些看起来与地球上现在正在发生俯冲作用的地点极其相似的地点。科学家们一致认为，俯冲是走向板块构造的第一步，然而，在金星上并没有明显的板块运动迹象——至少在麦哲伦几十年前制作的地图中没有。例如，圣安地列斯断层是地球太平洋板块和北美板块之间的构造边界，其宽度从几米到一公里不等——太窄了，无法在麦哲伦地形数据中显示出来。
但未来的地图可能会揭示出这样的构造特征。斯姆雷卡是一项名为 VERITAS 的潜在任务的首席研究员，她和她的团队很快将向 NASA 提出该任务。这项地球物理任务将使用雷达以比以往更高的分辨率绘制金星地形图——将精度从大约 15 公里提高到 250 米——并使科学家们首次能够发现像圣安地列斯断层一样小的特征。
尽管科学家们不知道他们会发现什么，但他们有可能发现过去板块构造的证据。斯姆雷卡说，这样的发现将解释为什么金星在数十亿年的时间里保持了类似地球的环境——天然的恒温器会控制住二氧化碳。它也会解释金星是如何变成地狱般的。当板块构造停止时，大气中的二氧化碳水平会升高，并捕获如此多的热量，以至于海洋蒸发。
但这只是一种可能的发现。一些科学家热衷于研究这颗行星的大气层，其中蕴藏着另一组同样诱人的秘密。
加文提议的探测器名为 DAVINCI，它将穿过大气层，测量有毒化合物的混合物。惰性气体（尤其是氙气）的同位素可以让科学家们了解这颗行星的火山历史，并揭示金星最初是否拥有与地球一样多的水。“金星的大气层是一个潜伏的实验室，可以告诉我们它的历史，”加文说。“而且，实际上，大气层中的大多数测量结果都非常不完整。”此外，探测器还将拍摄地表图像——这要归功于加文令人恐惧的直升机飞行——直到撞击前的最后几秒。
VERITAS 和 DAVINCI 都将在 7 月份进入 NASA 未来“发现”级任务的竞争——“发现”级任务是一系列低成本行星探测器，每项任务的成本仅为 5 亿美元。而且有传言说，它们并非孤军奋战。在研究太空各种天体的数十项提案中，可能有多达五项金星任务（包括一个气球）。例如，NASA 上一次“发现”级任务竞赛（在 2015 年）考虑了 27 项提案——从探索小行星、卫星和太阳系行星的探测器到可以拍摄太阳系外围区域图像的望远镜——然后选择了两个将要飞行的任务。
今年年底，政府将选择几个任务进行进一步研究，并将在两年后选出最终项目。斯姆雷卡和加文都希望他们的任务都能被选中，部分原因是他们在上次“发现”级任务竞赛中提出了类似的任务，并且他们都被选中进行进一步研究，以及其他三项任务。如果其中一项金星任务成功，它将在 2020 年代中期发射。
即使在那之后，金星可能仍然是行星际活动的中心。ESA 最近挑选了一个名为 EnVision 的金星探测器，以及其他两个入围者，作为最早可能在 2032 年飞行的任务。与 VERITAS 一样，EnVision 也是一颗轨道飞行器。但与 VERITAS 不同，VERITAS 将以 15 到 30 米的分辨率绘制整个行星的地图，EnVision 将以高达 1 米的分辨率分析行星的小部分区域。在如此高的精度下，科学家们或许能够看到苏联遗留下来的着陆器。
他们甚至可以挑选出着陆器所 resting 的岩石类型。这是可能的，因为天文学家在 20 世纪 90 年代初发现，某些波长的光线可以穿过二氧化碳的薄雾，从而隐藏金星表面。一颗携带光谱仪的轨道飞行器，其光谱仪调谐到光 spectrum 中的这些透明“窗口”，可以从云层上方分析行星表面的成分。这是一个令人兴奋的前景，特别是如果科学家们能够发现花岗岩。
与玄武岩一样，花岗岩也是在熔融岩浆冷却和硬化时形成的。但与玄武岩不同，花岗岩的配方通常需要大量的水——这种情况发生在地球上，当富含水的洋壳俯冲到另一个板块下方时。因此，如果发现金星富含花岗岩，那么它可能曾经充满了液态水。
这可能是迄今为止最好的暗示，表明这颗行星曾经是一个与今天的地球非常相似的淡蓝色圆点——这是它们不同故事中的又一个线索。
问题是金星大气层中实际上只有五个狭窄的光谱窗口是透明的。由于信息如此之少，科学家们不确定他们是否能够区分花岗岩和玄武岩。因此，柏林行星研究所的行星科学家约恩·赫尔伯特将这两种类型的岩石都置于类似金星的条件下，并通过这些狭窄的频带对其进行成像。他的实验表明，这两种岩石的光谱看起来截然不同，未来的任务可以利用这些窗口。他和他的同事们制造了一种仪器，利用这种技巧来绘制金星表面任何花岗岩的地图。它将搭载 VERITAS 和 EnVision 飞行。
触手可及
为了真正了解金星表面，许多科学家希望真正将飞行器降落在我们有毒的孪生姐妹星上——这是一项 35 年来尚未实现的壮举。尽管苏联向金星发射了几个着陆器，但幸存下来的着陆器很快就屈服于这颗行星的恶劣环境：持续时间最长的着陆器也只坚持了 127 分钟。
但科学家们希望打破这一记录，并且已经设计出可以持续数月而不仅仅是几分钟的技术。NASA 位于俄亥俄州克利夫兰的格伦研究中心的一个团队正在建造一个应该至少能存活 60 天的探测站。该着陆器没有使用庞大的体积来吸收热量或用制冷来对抗恶劣条件，而是使用由碳化硅（一种硅和碳的混合物，常用于砂纸和假钻石）制成的简单电子设备，这种设备可以承受金星环境。“这才是金星探索的真正游戏规则改变者，”格伦研究中心的电子工程师菲利普·诺伊德克说。
该团队已经在一个金星模拟室中测试了这些电路——一个 14 吨重的 stainless-steel 罐，可以模拟金星表面的温度、压力和特定化学成分。研究人员利用这些结果设计了一个名为 LLISSE（长寿命原位太阳系探测器）的固定式地表探测器，该探测器应该在 2020 年代中期准备好飞行，并将提供给其他国家。“欢迎任何金星任务使用 LLISSE，”同样在格伦研究中心的电子工程师加里·亨特说。他和团队非常小心地设计了一个只有烤面包机大小的着陆器——使其既小又轻，足以搭乘未来的许多任务。
尽管 LLISSE 体积小巧，但它能够记录温度、压力、风速、风向、地表太阳能的数量以及低层大气中的一些特定化学物质。而且它将持续数月这样做，为金星大气层模型提供关键输入。“想象一下，如果有人试图通过在室外待 127 分钟来说自己知道地球上的天气，”亨特说。这是目前金星上任何天气数据的最长记录。
Roscosmos 的科学家已经迫不及待地想使用这项新技术了。在与 NASA 合作的一项提案中，他们正在进行一项名为 Venera-Dolgozhivuschaya（后者意为长寿命），简称 Venera-D 的任务。这项任务将包括各种组件——一颗轨道飞行器、一个着陆器和一个长寿命探测站。着陆器将包括许多先进的仪器，但只能持续几个小时；长寿命探测站的设计将更简单，但将继续进行数月的测量。这个探测站很可能是 NASA 的 LLISSE。
至少，这是基线架构——但该任务可能包括更多内容。今年，Venera-D 团队发布了一份报告，其中涵盖了许多潜在的附加项目，包括一个可以探索多云大气层的气球。这为在金星上寻找生命打开了可能性。迄今为止提出的所有其他任务都旨在评估金星过去是否宜居。但气球或许能够在唯一可能在今天生存的环境中寻找生命：天空。
“你可以想象，在炎热恶劣的表面和寒冷的太空真空之间，存在一些条件——就像金发姑娘原则一样——非常适合生命，”戴亚说。这一层不仅具有令人愉悦的温度，而且还可能具有来自太阳的营养物质、液态水和能量。如果生命曾经在这颗行星上存在过，它可能已经被带到云层中，并在地表变得有毒后在那里幸存下来。
但奥坎波认为，即使没有气球，Venera-D 任务的三个主要组成部分也将提供卓越的科学成果。“这将是一项在理解金星科学方面的突破性任务，”她说。“我们以前从未有过类似的任务。”
不幸的是，Venera-D 尚未被选中，许多科学家对这项任务长期以来一直被讨论但仍未获得适当的资金表示担忧。但莫斯科空间研究所的 Venera-D 任务首席科学家柳德米拉·扎索娃希望这种情况今年可能会改变。
这并不是唯一一项正在进行的大型雄心勃勃的任务。一些美国团队计划向 NASA 的“新疆界”计划（上限为 10 亿美元）和“旗舰”任务计划（成本更高）提交金星项目。由于金星提案在过去的竞争中表现良好（通常仅落后于选定的提案），科学家们认为它们现在很有可能升至榜首。
随着每个航天机构都将目光投向我们的邻居，金星很可能在未来几十年内迎来一批访客。尽管他们都计划以某种方式解决宜居性问题，但加文确信，无论他们发现什么，都将“超出我们最疯狂的梦想”。也许他们会证明金星曾经是一个海洋世界。或者他们可能会发现它今天仍然具有构造活动。“我们需要 выяснить，”他说。“因为她在等待告诉我们一些事情，我不想错过机会。”
本文经许可转载，并于2019 年 6 月 5 日首次发表。