人類太空任務的新方向──NASA 的金星「天空之城」計畫

作者 | 發布日期 2018 年 10 月 28 日 0:00 | 分類 天文 , 航太科技 follow us in feedly

經過幾十年的眾多任務,已揭露金星地表絕不是非常舒適的太空旅遊目的地,這顆星球不是天堂,反而更接近地獄。儘管如此,美國太空總署目前正致力於金星的概念性載人任務開發,命名為「高空金星可行性概念研究」(High Altitude Venus Operational Concept,HAVOC)。



這任務將面臨什麼樣的極端環境?金星的距離大約是水星距離太陽的兩倍,但金星表面溫度(約攝氏 460 度)比水星更熱。這溫度已高於許多金屬的熔點,包括鉍和鉛,這些金屬在較高的山峰甚至可能以「雪」的形式降下。金星表面是一片貧瘠的岩石景觀,巨大的玄武岩平原點綴著火山特徵,還有幾座大陸等級的山區。金星地質很年輕,時常經歷災難性的地表再結構事件。這種極端事件是由於地表下方的熱量積聚造成,最終導致熔化,釋放熱量並重新凝固,對任何外來訪客來說絕對是可怕的景色。

NASA 新任務背後的想法是不再將人們置於荒涼的地表,而是將濃密的大氣當作探索基地。HAVOC 任務的實際日期尚未公開,這項長期計畫將依靠小型測試任務先取得成果,概念開發研究使用現有技術,驗證這樣的任務實際上是可能的,計劃使用可在高層大氣層長時間高空飛行的飛艇。

概念令人驚訝,但金星的高層大氣可能是太陽系裡最像地球的。若在 50~60 公里的高空,壓力和溫度與地球低層大氣區域比較,55 公里高的金星大氣壓力約為地球海平面壓力的一半。事實上,沒穿壓力服也沒問題,因為這大致相當於在吉力馬札羅山頂(赤道第一高峰,高度 5,895 公尺)的氣壓,也不需要保溫隔離,因為溫度在攝氏 20~30 度之間。高於此高度的大氣層也夠密集,可保護太空人免於太空輻射;更接近太陽也提供比地球更多的太陽能用於發電(大約 1.4 倍)。概念研究中的飛艇將隨風漂浮在金星周圍,因為可呼吸的地球空氣(氧氣和氮氣)密度低於金星大氣,可填充地球的空氣進而提供浮力。

金星大氣由 97% 二氧化碳、約 3% 氮氣和微量其他氣體組成。特別著名的是含有一團硫酸形成的緻密雲層,是地球看到的金星亮度的主要貢獻者。金星反射大約 75% 太陽光,這種高度反射的雲層存在於高 45~65 公里之間,雲層下面的硫酸雨則低至約 30 公里,因此飛艇設計需能抵抗強酸腐蝕。

幸運的是已有克服酸度問題所需的技術。幾種包括聚四氟乙烯和許多塑膠的市售材料,具有高耐酸性,同時可用於飛艇外殼。考慮到所有危險因素,想像中研究人員只需攜帶小型空氣供應設備,以及穿著抗強酸的保護服,就可在飛艇外的平台散步。

美國麥哲倫任務時,金星表面已繪製完整,1970 年代末前蘇聯探測器一系列威尼拉(Venera)任務中,只有金星地表幾個地方偵測過。這些探測器傳回了迄今唯一的金星地表圖像,條件似乎完全不適合任何形態的生命生存。

地球某些類型的極端微生物,能承受 HAVOC 飛行高度的大氣條件。在冰島和義大利的高酸性火山湖中還發現諸如 Acidianus infernus(嗜熱菌)等物種,還發現空氣中的微生物存在於地球雲層。透過像 HAVOC 的任務即可調查,類似生命是否可能在金星大氣生存。

金星當前的氣候條件和大氣成分是溫室效應失控的結果(一種無法逆轉的極端溫室效應),將金星從早期歷史如地球「雙胞胎」的世界轉變成地獄。雖然我們目前不希望地球經歷類似的極端情況,但確實表明,當某些物理條件出現時,行星氣候會發生劇烈變化。

透過觀察金星的極端情況測試目前的地球氣候模型,研究者可更準確確定各種氣候變遷效應如何導致劇烈變化。金星提供了測試目前氣候模型極端情況的天然實驗室,能了解對地球生態健康的所有影響。儘管金星是地球最近的鄰居,但我們對它的了解相對較少。了解兩個非常相似的行星如何擁有如此不同的過去,有助於我們了解太陽系的演變,甚至可能了解其他星系的演變。

(本文由 台北天文館 授權轉載;首圖來源:NASA

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