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怀揣强大的“心” 科学家准备重返金星

2017-11-24 09:22 来源:科技日报

  在NASA格伦极限环境装置(GEER)中进行高温高压测试的计算机芯片,有望帮助制造长寿命的金星着陆器。来源:《科学》杂志官网

  美国国家航空航天局(NASA)格伦研究中心的电气工程师菲尔·诺德克,正盯着电脑显示器上的紫色和绿色波形。工作室密封门后,放着14吨重的超高压密封不锈钢罐。在这个极端环境实验装置(GEER)中,正在进行为期33天的不间断运行实验——模拟金星460摄氏度的高温环境,并在二氧化碳的压力下让液体和气体处于超临界状态。不锈钢罐里,两个微型芯片以准确的节拍跳动着,这是诺德克在测试的一台钟表,它始终保持着完美的跳动。

  《科学》杂志官网22日发文,关注了诺德克和同事正在推动的技术研究,他们试图改进对金星的探索方式,让它也像火星一样被探知和认识。

  不肯轻易示好的地球“表亲”

  金星是地球的表亲,大小与地球接近。但1989年以后,NASA的探索任务表上再未排出金星的名字,而欧洲和日本最近进行的任务也停滞不前,很大程度上是因为金星有厚厚的硫磺云层阻隔。

  自1985年以来,只有前苏联的金星着陆器“穿着”盔甲着陆金星,但仅仅几个小时之后,就因其表面的深海压力和炼狱般的温度而“葬身”。由于恶劣条件和资金的缺乏,抵达这个地球最近的邻居竟然比任何其他星球都更显遥远。

  然而,金星又是如此重要。英国牛津大学行星科学家科林·威尔逊说:“讨论与地球大小相当的岩石行星,只能是金星。”金星上有活火山,还曾经拥有海洋和大陆的特征,陆地构造板块漂移和覆盖着厚厚云层也与地球如此相像,研究金星对了解生命进化至关重要。

  此外,金星的实例证明,在恒星“宜居区”轨道运行的星球未必适合生存。了解金星的大气层如何失控、海洋如何蒸发等过程,可以帮助天文学家研究系外行星的宜居性。

  重点考察“金星是否活跃”

  上世纪90年代,NASA麦哲伦轨道器穿云雷达显示,金星表面存在随机的少量陨石坑,研究人员推测,也许是5亿年前的大量岩浆喷发灾难磨平了岩石表面,并认为从此金星“已死”。

  然而,20世纪后期,欧洲维纳斯快车轨道器却勾勒出一副更加生动的画面。它在追踪金星大气层时发现,二氧化硫水平处在高峰状态,这或许是火山喷发的标志,其他温度曲线和特定波长光线变量也让科学家认为,“金星应该是活跃的”。

  怎么证明这一假想?不同的团队提出了不同的探测路径:

  有的团队仍然认为短期探测比较实际。科罗拉多大学博尔德分校行星学家拉里·埃斯波西托表示,将压力容器送入金星大气,测量大气中的化学物质,并用激光或钻头在岩石表面采样,在有限的几个小时内分析非反应惰性气体同位素,可以检验金星是否存在像地球一样多的海洋,以及其是否是金星内部板块构造的润滑剂。

  NASA喷气推进实验室科学家苏赞尼·斯姆瑞卡的团队提出了非常规方法,希望使用轨道雷达和表面光谱探测仪来捕获金星大气样本进行同位素分析。

  鉴于要了解金星内部到底发生了什么,还需要持久地“倾听”才能有所斩获,因此,被称为长寿命现场太阳系探测器(LLISSE)的建议显得更加符合要求:这个汽车电池大小的探头能在长达60天的时间里记录温度、压力、风速和特定化学品,其内的碳化硅芯片不适合存储数据,但观测资料可实时发回轨道器或直接传回地球。这些读数将为构建金星大气环流模型提供基础事实,有助于研究整个星球质量分布,而这是短期任务无法企及的能力。

  “新疆界使命”会否眷顾金星探测?

  如果探测器芯片具备长期逗留金星的潜力,科学家的梦想似乎就触手可及了。格伦实验室的工程师近年来热衷于用新型半导体构建耐热电子设备,以及将传感器放置在喷气发动机内。正是这些积累,帮助开发出探索金星的碳化硅芯片等耐高温元器件。

  然而,登陆金星的难度仍然不容小觑。NASA喷气推进实验室的一个研究小组正在探索让几乎不用电子设备的纯机械动力车在金星上着陆。当发现格伦实验室一直不懈研究传感器等电子元件的能力极限时,他们开始思考在其机械动力着陆器的设计上,能否增加这种能“久经考验”的碳化硅芯片。

  今年晚些时候,NASA将宣布下一个数十亿美元的“新疆界使命”规划,十几个候选项目中,有三个目标直指金星,但要脱颖而出,还要面临激烈的竞争——包括土卫二和土卫六探测计划。

  “馅饼是有限的,金星探测要想分得一杯羹,必须在现有设想基础上,推演真正可操作的计划。”NASA金星探测分析组主席、博尔德市西南研究所地球物理学家鲍勃·格里姆如是说。(科技日报北京11月23日电)

(责任编辑:王蔚)

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