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“金星快车”的探秘之旅(组图)

http://www.sina.com.cn  2006年03月01日 09:22  《少年科学画报》 
艺术家笔下所表现的金星表面的严酷环境
“金星快车”探测器由“联盟FG”运载火箭发射的艺术设想图
联盟FG发射后8分48秒运载火箭第三级脱离时艺术设想图
金星快车探测器在飞近金星时的艺术设想图图中背景是金星
金星-先驱者探测器射出4个子探测器降落的艺术设想图
美国“伽利略”号木星探测器的艺术设想图
美国“麦哲伦”金星探测器飞近金星的艺术设想图
金星快车探测器由联盟FG运载火箭在发射场发射升空的照片
美国“金星-先驱者”探测器的艺术设想图

  “金星快车”的探秘之旅

  2005年11月9日,欧洲航天局研制的“金星快车”探测器,从哈萨克斯坦境内的拜科努尔发射场,使用俄罗斯“联盟FG”运载火箭发射升空,前往金星探秘。它肩负着欧洲首次探索金星的使命,也使人类“搁浅”了16年的金星探索再次启动。

  金星——维纳斯

  金星离地球最近的行星。黎明时,有时在东方地平线可看见颗特别明亮的晨星——“启明星”;而黄昏时分,西方余辉中有时会出现一颗明亮的昏星——“长庚星”。这两颗星其实是同一颗,就是金星。

  除月亮之外,金星是夜空中肉眼能看到的最亮的星。中国民间称它为“太白”或“太白金星”(中国古代神话中的一位天神)。古希腊人称金星为“阿芙罗狄蒂”(神话中爱与美的女神),巴比伦人称金星为“伊师塔”(神话中爱情、生育及战争的女神),罗马人把这位女神称为“维纳斯”。今天,外国人就把金星叫做维纳斯(Venus)。

  地球“貌合神离”的兄弟

  从年龄、外形、质量和体积来看,金星与地球十分相似。金星半径约为6073千米,只比地球半径小300千米,体积是地球的0.88倍,质量为地球的4/5,平均密度略小于地球。金星被浓密的大气层包围,给天文观测带来很大困难,很难看清它的真实面目。

  然而,论自然环境,金星与地球截然不同。地球上风和日丽,碧空万里,水波荡漾;金星上天昏地暗,狂风肆虐,荒漠酷热。金星的大气层密度很大,由二氧化碳和碳酸云的混合物构成,二氧化碳约占96%。在这层厚厚的大气层“毯子”下是多岩石的地形表面,由火山活动喷发出的硫磺气体侵蚀而成。由浓硫酸组成的云层厚达20~30千米,具有极强的腐蚀性,经常落下毁灭性的硫酸雨。特大的飓风常环绕金星表面,比地球上的12级台风猛烈好几倍。金星表面温度高达465℃~485℃,大气压是地球的90倍。

  复杂、精准的长途飞行

  按计划,“金星快车”要经过约5个月、3.5亿千米的长途飞行,才能抵达金星,进行为期486天的考察。

  “联盟FG”运载火箭发射8分48秒后,运载火箭第三级脱离。发射9分19秒后,运载火箭的FG级推进器首次点火,将探测器送入近地轨道。“金星快车”在近地轨道上飞行一圈之后,FG级火箭再次点火,推动探测器离开近地轨道,进入飞往金星的星际轨道。发射96分30秒后,探测器与FG级火箭推进器分离,展开太阳能电池板,独自踏上此行的探秘之旅。

  在飞行过程中,要获得太阳定向,进行轨道校正。明年4月到达金星附近时,最重要的是要将“金星快车”探测器切入环绕金星的轨道。那时,探测器的主发动机将点火53分钟,朝着飞行方向喷射燃气,对“金星快车”起制动作用,使其以每秒1.3千米的速率减速,确保它能被金星的引力场捕获,进入环绕金星两极的椭圆形极地轨道。这将耗费掉它所携带的570千克燃料的一大部分。

  “金星快车”环绕金星两极的探测轨道,最低点离金星表面250千米,最高点离金星表面66000千米。这样,在低处它可以对金星进行近距离局部详查,在高处又可以进行全面观测。它的轨道倾角约90度,每24小时绕金星飞行一圈。

  揭谜——“金星快车”的特殊使命

  “金星快车”探测项目总耗资达2亿欧元(约2.6亿美元),飞行器长1.5米、宽1.8米、高1.4米,总质量1240千克(包括93千克有效载重,570千克燃料)。探测器设计寿命4年,上面搭载了7种科学仪器。

  尽管以往针对金星发射的探测器已经有29个,但是关于金星的许多重要疑问目前仍无答案。

  严酷环境之谜

  金星厚密的大气层具有极强的腐蚀性,温室效应也非常严重,巨大的气压连同炼狱般的高温,使前苏联和美国的一系列金星探测器,大都毁于这种严酷的环境。“金星快车”的此行探测,就是试图揭开金星为何具有如此残酷的环境之谜。“金星快车”装备的仪器能够研究金星大气层在各个高度上的结构、化学成份、动力学特性,研究金星的周围环境,帮助科学家了解金星严重的全球变暖问题。地球大气目前正不断被污染和变热,研究金星,并与地球进行分析比较,会有利于科学家们更深入地了解地球气候的演变。

  “超旋”之谜

  金星大气有“超旋”之谜。人们从以往的探测中发现,金星大气上层的气流在不断地环绕金星高速旋转,自东向西刮着猛烈的疾风,风速288~396千米每小时,每4小时就能绕金星一周,比地球上的飓风厉害得多。与此同时,金星赤道自转速度,却只有每小时6.5千米。可见这种急速旋转的气流,并非由金星自转所带动,科学家将其称为“超旋”现象。这个现象已经被发现了40多年,但至今仍不能解释。试图揭开金星大气上层为什么会围绕金星快速旋转,以及金星两极地区强旋涡的形成之谜,也是“金星快车”的特殊使命之一。

  “温室效应”之谜

  金星还有“温室效应”之谜。人们把在透射阳光的密闭空间内形成的高温环境,称作温室效应。由于金星的大气密度大,以二氧化碳为主,二氧化碳白天可使阳光通过,照到金星表面,夜间又阻挡金星表面的红外辐射,使其无法对外进行热交换。结果金星就变成了一个大温室,表面平均气温达到475℃,夜间也不会冷下来,成为太阳系中最热的行星。

  二氧化碳在金星大气层中占96%,而地球大气中的二氧化碳只占0.033%。在地球演变过程中,地球大气层内一度大量存在的二氧化碳,现在几乎全部被固化在如石灰石之类的碳酸盐岩石中,其总量与金星大气中的二氧化碳数量相当。为什么金星的大气层含有那么多的二氧化碳?为什么金星大气层中的二氧化碳一直以气态形式存在?地球和金星这两颗体积、质量、密度及成分都相似的行星,经过46亿年的演化历史,为什么会南辕北辙,变成两种世界?解开这个谜是“金星快车”的另一个特殊使命。

  “金星生命”之谜

  “金星生命”是否存在也是谜。现在我们知道,金星上决不可能存在高等生物。一般认为,金星地表温度太高,大气压力太大,并且大气中含有大量腐蚀气体,不适合生命的存在。但是已经有研究表明,金星实际上可能有生命,虽然只是低级的。研究人员发现金星大气里有神秘的斑块在旋转,可能是细菌群体。这些微生物可能在离金星表面50千米上空的云中生存着,那里的环境相对好一些。这些奇怪的暗斑到底是不是生命?金星上有没有水?科学家们希望“金星快车”有助于解决这个问题。

  从上个世纪60年代初到80年代末,人类经过对金星探测的实践认识到,金星恶劣的环境对探测工作造成巨大困难,探测器在严酷环境下难施拳脚,如果仍然重复过去的探测方式,不会有大的进展。此后,金星探测一中断便是16年。这次“金星快车”再赴征程,让我们祝愿它,一路好运!

  相关链接  金星探测回顾

  1961年2月12日,前苏联发射了人类历史上第一个金星探测器“金星1号”,但是它在距地球756万千米时与地球失去了联系,无法得到探测结果。1967年6月12日发射的“金星4号”探测器,经过了大约3.5亿千米的飞行,进入金星大气层,成功登陆金星表面。由于金星大气的压力和温度比预想的高,着陆舱被压坏,未能发回金星探测结果。1970年12月15日,“金星7号”在金星表面首次实现成功软着陆,传回了金星表面温度等数据资料。当时测得的金星表面温度为447℃,气压为90个大气压,大气密度约为地球的100倍。

  此后,前苏联又相继发射了9个“金星号”探测器。1975年发射的“金星9号”,向地球发回了金星表面的全景照片,首次向人们展露了金星全貌;“金星13号”拍摄了金星表面的彩色照片,显示金星表面覆盖着褐色的砂土,岩石结构像光滑的层状板块;“金星15号”通过雷达对金星表面进行综合考察,获得许多宝贵资料;1984年,“金星16号”将一个科学探测装置投放到金星表面,对金星进行了实地探测。到1983年,前苏联共发射了16个金星探测器,为人类认识金星做出了巨大贡献。

  美国从1962年7月22日发射第一个金星探测器“水手1号”。到1974年共发射了10个“水手号”探测器,对金星及其周围空间进行探测。其中1973年发射的“水手10号”探测器飞越金星时,发回了首批近距离拍摄的金星照片。

  1978年5月20日和8月8日,美国先后发射了两个“金星-先驱者”探测器,第一个探测器进入金星轨道,不断向地面传回观测到的情况;第二个探测器发射出4个子探测器,在金星表面着陆,获取了一大批实地考察的数据。

  1989年5月5日,美国“亚特兰蒂斯”号航天飞机将当时最先进的金星探测器“麦哲伦”带上太空,并于5月6日把它送上飞向金星的旅途。“麦哲伦”号探测器装有一套先进的电视摄像雷达系统,能透过厚厚的云层,扫描出金星上一个足球场大小的物体的图像,进行地形测绘,其清晰度胜过以往所获金星图像的10倍。“麦哲伦”经过462天的太空飞行,于1990年8月10日飞临金星,每隔40分钟向地球传回测得的数据和拍摄的照片。世界上第一张完整的金星地图,就是“麦哲伦”探测器获得的。4年期间,它所拍摄的照片覆盖了金星表面的98%,对研究金星上的地质地貌,提供了宝贵的图像资料。1994年,“麦哲伦”探测器坠入金星大气层焚毁。

  “麦哲伦”之后,人类再未发射过以金星考察为主的探测器。

  1989年10月18日,美国“亚特兰蒂斯”号航天飞机将“伽利略”号木星探测器携入太空,并送上飞往木星的旅途。探测器质量重2550千克,装有两台用钚-238作燃料的发动机和最先进的科学观测仪器。它的主要考察目标是木星及其16颗卫星。1990年2月9日,“伽利略”在飞往木星的途中,掠过金星附近,顺便对金星进行了探测。

  2004年美国发射的“信使”水星探测器,在飞往水星的途中,明、后两年将两次飞越金星,顺便对金星进行探测。

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