人類太空任務的新方向,NASA的金星「天空之城」計劃 HAVOC

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經過幾十年的眾多任務揭露金星地表絶對不是非常舒適的太空旅遊目的地。這個星球不是一個天堂,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)。

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這樣的任務將面臨什麼樣的極端環境呢?金星的距離大約是水星距離太陽的兩倍,但金星表面的溫度(約攝氏460度)實際上比水星更熱。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上甚至可能以「雪」的形式降下。它的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的特徵,還有幾個大陸尺度的山區。金星在地質上很年輕,時常經歷災難性的地表再結構事件。這種極端事件是由於表面下方的熱量積聚造成,最終導致其熔化,釋放熱量並重新凝固。對任何外來的訪客來說絕對是一個可怕的前景。

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NASA新任務背後的想法是不再將人們置於荒涼的地表,而是將濃密的大氣作為探索的基地。HAVOC型任務的實際日期尚未公開。這項長期計劃,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。計劃使用可以在高層大氣層中長時間高空飛行飛艇。

概念看起來令人驚訝,但金星的高層大氣可能是太陽系中最像地球的位置。若在50公里到60公里的高空,將壓力和溫度與地球低層大氣的區域進行比較。55公里高處金星大氣中的大氣壓力約為地球海平面壓力的一半。事實上,沒有壓力服也沒問題,因為這大致相當於你在吉力馬扎羅山頂(赤道第一高峰,高度5895米)遇到的氣壓。也不需要保溫的隔離,因為這裡的溫度在攝氏20度到30度之間。高於此高度的大氣層也足夠密集,可以保護太空研究人員避免來自太空的輻射。更接近太陽提供了比地球更多的太陽能可用於發電(大約1.4倍)。概念研究中的飛艇將漂浮在金星的周圍隨風漂浮。因為可呼吸的地球空氣(氧氣和氮氣)的密度低於金星大氣它可以填充地球的空氣從而提供浮力。

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金星大氣由97%的二氧化碳,約3%的氮氣和微量的其他氣體組成。特別著名的是含有一團硫酸形成的緻密雲層,它是從地球上看到的金星亮度的主要貢獻者。金星反射了大約75%  來自太陽的光線。這種高度反射的雲層存在於高度45公里到65公里之間,雲層下面的硫酸雨則低至約30公里。因此飛艇的設計需要能抵抗這種強酸的腐蝕作用。

幸運的是克服酸度問題所需的技術已經存在。幾種包括聚四氟乙烯和許多塑料的市售材料,具有高的耐酸性,同時可用於飛艇的外殼。考慮到所有這些危險的因素,想像中的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以在飛艇外的平台上散步。

在美國麥哲倫任務中,金星的表面已經繪製出來。在20世紀70年代末前蘇聯探測器的一系列威尼拉(Venera)任務中,只有金星地面上的幾個地方被偵測過。這些探測器也傳回了迄今為止唯一的金星表面的圖像。它的表面條件似乎完全不適合任何形態的生命存在。

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地球上某些類型的極端微生物,它們能夠承受HAVOC飛行高度的大氣條件。在冰島和意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的雲層中。通過像HAVOC任務即可進行調查,類似生命是否可能在金星大氣中存在。

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),它將金星從早期歷史上一個地球般的「 雙胞胎 」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,但它確實表明,當某些物理條件出現時,行星氣候會發生劇烈變化。

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通過觀察金星上的極端情況測試當前的氣候模型,研究者可以更準確地確定各種氣候變遷效應如何導致劇烈變化。金星提供了測試當前氣候模型極端情況的天然實驗室,更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,但對它的了解相對較少。能了解兩個非常相似的行星如何擁有如此不同的過去將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。

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