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人类太空任务的新方向──NASA 的金星“天空之城”计划

2024-11-01 209

经过几十年的众多任务,已揭露金星地表绝不是非常舒适的太空旅游目的地,这颗星球不是天堂,反而更接近地狱。尽管如此,美国太空总署目前正致力于金星的概念性载人任务开发,命名为“高空金星可行性概念研究”(High Altitude Venus Operational Concept,HAVOC)。

这任务将面临什么样的极端环境?金星的距离大约是水星距离太阳的两倍,但金星表面温度(约摄氏 460 度)比水星更热。这温度已高于许多金属的熔点,包括铋和铅,这些金属在较高的山峰甚至可能以“雪”的形式降下。金星表面是一片贫瘠的岩石景观,巨大的玄武岩平原点缀着火山特征,还有几座大陆等级的山区。金星地质很年轻,时常经历灾难性的地表再结构事件。这种极端事件是由于地表下方的热量积聚造成,最终导致熔化,释放热量并重新凝固,对任何外来访客来说绝对是可怕的景色。

NASA 新任务背后的想法是不再将人们置于荒凉的地表,而是将浓密的大气当作探索基地。HAVOC 任务的实际日期尚未公开,这项长期计划将依靠小型测试任务先取得成果,概念开发研究使用现有技术,验证这样的任务实际上是可能的,计划使用可在高层大气层长时间高空飞行的飞艇。

概念令人惊讶,但金星的高层大气可能是太阳系里最像地球的。若在 50~60 公里的高空,压力和温度与地球低层大气区域比较,55 公里高的金星大气压力约为地球海平面压力的一半。事实上,没穿压力服也没问题,因为这大致相当于在乞力马扎罗山顶(赤道第一高峰,高度 5,895 米)的气压,也不需要保温隔离,因为温度在摄氏 20~30 度之间。高于此高度的大气层也够密集,可保护太空人免于太空辐射;更接近太阳也提供比地球更多的太阳能用于发电(大约 1.4 倍)。概念研究中的飞艇将随风漂浮在金星周围,因为可呼吸的地球空气(氧气和氮气)密度低于金星大气,可填充地球的空气进而提供浮力。

金星大气由 97% 二氧化碳、约 3% 氮气和微量其他气体组成。特别着名的是含有一团硫酸形成的致密云层,是地球看到的金星亮度的主要贡献者。金星反射大约 75% 太阳光,这种高度反射的云层存在于高 45~65 公里之间,云层下面的硫酸雨则低至约 30 公里,因此飞艇设计需能抵抗强酸腐蚀。

幸运的是已有克服酸度问题所需的技术。几种包括聚四氟乙烯和许多塑胶的市售材料,具有高耐酸性,同时可用于飞艇外壳。考虑到所有危险因素,想像中研究人员只需携带小型空气供应设备,以及穿着抗强酸的保护服,就可在飞艇外的平台散步。

美国麦哲伦任务时,金星表面已绘制完整,1970 年代末前苏联探测器一系列威尼拉(Venera)任务中,只有金星地表几个地方侦测过。这些探测器传回了迄今唯一的金星地表图像,条件似乎完全不适合任何形态的生命生存。

地球某些类型的极端微生物,能承受 HAVOC 飞行高度的大气条件。在冰岛和意大利的高酸性火山湖中还发现诸如 Acidianus infernus(嗜热菌)等物种,还发现空气中的微生物存在于地球云层。透过像 HAVOC 的任务即可调查,类似生命是否可能在金星大气生存。

金星当前的气候条件和大气成分是温室效应失控的结果(一种无法逆转的极端温室效应),将金星从早期历史如地球“双胞胎”的世界转变成地狱。虽然我们目前不希望地球经历类似的极端情况,但确实表明,当某些物理条件出现时,行星气候会发生剧烈变化。

透过观察金星的极端情况测试目前的地球气候模型,研究者可更准确确定各种气候变迁效应如何导致剧烈变化。金星提供了测试目前气候模型极端情况的天然实验室,能了解对地球生态健康的所有影响。尽管金星是地球最近的邻居,但我们对它的了解相对较少。了解两个非常相似的行星如何拥有如此不同的过去,有助于我们了解太阳系的演变,甚至可能了解其他星系的演变。

  • NASA Wants to Send Humans to Venus, to Live in Airships Floating on Clouds

(本文由 台北天文馆 授权转载;首图来源:NASA)

2019-03-12 01:31:00

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