 随着观测技术的进步，天文学家发现的系外行星数量正在激增，新的系外行星发现现在是每周一次。由于大量的系外行星被找到，人们不禁好奇，那些星球上会有生命存在吗？ 传统上认为，在我们的太阳系中，只有地球处于生命形成和生存的最佳区域，这称为为宜居带。但这种宜居带假说忽略了可居住性随时间的变化：早在36亿年前，金星和火星就有液态水存在。事实上，系外行星可能相比像地球会更像金星。最近的研究表明，类金系外行星与类地系外行星的数量相当，甚至超过了类地系外行星的数量。  人们越发认识到了解金星的重要性，而且金星一直被认为是地球的孪生兄弟。了解这两个行星的情况，即一个如何最终变得炎热和干燥而另一个舒适温暖又潮湿，将说明是什么造就或破坏了一个星球的可居住性。作为一个行星动力学实验室，金星提供了一个观察极端温室气体下会发生什么的机会，也让我们了解了岩石行星的演化。如果不弄清楚为什么金星和地球会进化的不同，我们就无法预测那些一定会被发现的美丽奇异的行星，也许还可以了解到一些自己星球的命运。这就是为什么美国宇航局（NASA）允许机器人在金星上做任务。 为什么我们需要去？1962年，“水手2号”探测器观测到金星的二氧化碳大气和较高的表面温度和压力，成为第一个造访另一颗行星的航天器。在20世纪60年代和70年代的太空竞赛中，美国和苏联向金星发射了数十艘宇宙飞船，苏联完成了令人印象深刻的多次登陆和获取地表数据任务。美国向金星发射了几颗人造卫星和探测器，1989年最后发射了麦哲伦号探测器，该探测器提供了地形、雷达成像和重力数据。随后，金星被遗弃，直到2005年欧洲航天局发射了“金星特快车号”，2010年“破晓号”紧随其后。  随着航天机构冷落了地球的孪生兄弟，科学家们提出了越来越多的科学问题，而这些问题只有通过近距离研究金星才能解决。以下是一些关键问题： 板块构造论曾经有一段时间，科学家认为形成地球地质进化的基本过程也存在于金星上。尽管麦哲伦号探测数据表示，今天的金星缺乏板块构造，但模型显示它可能在未来发展。麦哲伦展示了隐没带的证据，这是行星从单一板块转化的第一步。一个隐没带地点最近的火山活动证据表明它在今天是活跃的。  然而，没有一个互相连接的断层网的隐没带并不是板块构造。一些人提出金星表面的高热温度封住了隐没造成的断层，从而阻止了板块构造的发展。地球可能经历了相同的初期隐没阶段，板块构造仅在岩石圈冷却到足以支持长时间板块边界的情况下发展。完全了解金星上隐没开始的条件，这对于地球和外行星都有意义，它也需要改进的雷达成像，地形，和重力的数据集。 内部动力金星的地质史是理解其内部动态的关键。许多教科书都认为大约是十亿年前，金星发生了一场灾难性的活动，可能是火山活动，之后就开始了沉寂。但是，持续的活动也同样有可能发生。“金星特快车号”观测到的是新鲜的、未风化的玄武岩区域，其周期性地增加因火山喷发而产生的二氧化硫浓度。金星是否处于火山活动状态的问题对于理解金星和地球的内部是否根本性相似是至关重要的。通过高分辨率的地形，科学家们寻找火山爆发的撞击坑及确定无特征的火山平原历史，这些平原占这个星球的40%，以此来决定金星是否会重新发生灾难。  水，各处的水我们需要了解过去金星上存在多少水，这些水又去了哪里。地球和金星是太阳系中唯一含有大气的类地行星，所以金星是研究产生和破坏大气过程的关键实验室。科学家们缺乏对金星云层中氢的重轻同位素的测量，而这可以用来了解金星上水的基本情况。这样的测量只能从行星的大气层中获得。 行星演化原始星球的构成问题对于理解一个星球是如何进化到它当前状态来说是至关重要的。科学家们认为，金星和地球是由相同的构造块形成的，但是我们不可能将原始的差异与那些诸如主要影响的过程驱动的原始差异区分开来，这些影响会破坏地球和火星的原始大气层。我们缺乏对金星大气中氙气等稀有气体和同位素的高精度测量，这些测量只能通过原位质谱仪测得。 表面矿物 20世纪70年代的四个苏联着陆器是唯一的图像和表面成分测量来源，因为金星浓厚、富含二氧化碳的大气层妨碍了轨道图像。但是“金星特快车号”上的可见光与红外热成像光谱仪证明了光谱学是可能的。二氧化碳光谱中有1微米左右的窗孔，这恰好是测量矿物学和推测由表面大气相互作用引起化学变化的一个关键波长范围。 就金星表面表面来说，关键的问题是神秘的旧地形，这可能标志着金星历史上一个完全不同的时代，也许预示着一段大陆建筑和地表水的时期。对镶嵌物化学和矿物的详细测量，可能是了解金星地质历史和风化环境的关键，也是火山活动覆盖地表其余部分之前的时期。 地表大气交互作用金星深层大气中进行着的复杂化学循环，可能是通过地表大气交界面的岩石化学风化作用维持的，也可能需要通过诸如火山活动等活跃过程持续供应挥发物。对金星深层大气成分的观测基本是不存在的，这迫使科学家几乎完全依赖于模型和假设。由于厚厚的云层，30千米以下的大气成分需要在大气中进行原位测量。  怎么去那里？关于地球的孪生兄弟，有很多未解决的问题，因此，毫不奇怪美国国家科学院最近两次的十年调查认识到探索金星的重要性。美国的行星科学家们已经尽力了：自从麦哲伦号在1994年结束后，他们已经向NASA提交了超过25个金星任务的提议，包括去年的“新疆界计划”（New Frontiers）竞赛中的3个，以及在2017年的“发现类”选择中五名决赛选手中的两名提案。然而NASA却拒绝了每一个提议。 理想的金星探测计划有三个部分： （1）一个轨道飞行器，它可以广泛测量地形，活动形变，星体表面组成和矿物。 （2）一个大气采样器，它将对稳定气体和稀有气体的丰度和同位素进行原位分析，并获得挥发性丰度（H2O、SO2、OCS、CO）的测量，包括30千米以下。 （3）一个或多个登陆者，用来测量火山平原或镶嵌物地区岩石的体积化学、矿物和形态。  NASA在2015年的一次研讨会上评论了这三项基本任务，这些基本任务都是可行的。 到2025年，麦哲伦号将有30多年的历史，距离上次的金星原位测量任务已经过去了40年。悲剧的是，我们对岩石行星演化的了解受到了NASA令人费解和反复的阻碍，因为它没有选择科学上有说服力的和技术上合理的任务。对金星的探索需要天文学家和行星科学家的积极认可，他们重视对可居住性和导致外行星演化的重要见解。 |
|
|
