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上次我们讲到了苏联的金星9号和10号任务非常的成功,着陆器也落了地了,环绕器也入了轨了,拍照片也拍了,探测其他各项数据,也都是非常顺利的,唯一的美中不足就是全景相机有两个镜头,其中一个镜头盖没打开,导致只能拍摄180度的照片。偏偏两个着陆器全都犯了同一个毛病,看来这不是个偶然事件,这是个设计缺陷。
其实,这已经算是运气好的了,起码两个镜头盖有一个打开了。后续的金星11号和12号的镜头盖全都没打开,一张照片都没拍到。还不如这一次呢。
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先驱者·金星探测计划 — 轨道探测器
当然啦,美国人在金星探测方面也插了一脚,他们实施了一个先驱者·金星联合探测器计划,在1978年发射了先驱者轨道器和先驱者联合探测器,一共是两颗探测器。顾名思义,轨道器就是进入环绕金星的轨道,不断绕着金星转圈圈,主要研究太阳风,研究金星的磁场和电离层。
联合探测器自身也以很平缓的角度进入金星大气层,这样的话轨道会不断地衰减,探测器本身也会一圈一圈往下掉,最后撞上金星表面,这个过程很长,可以把金星大气层不同高度全都探测一遍。
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先驱者·金星探测计划 — 联合探测器
联合探测器还携带着3小1大,4个大气探测器。3个小探测器并不是着陆器,不需要降落伞,保护罩也不用分离。反正就当是自由落体了,只要能掉进金星大气层,能收集到一些数据也就够了。至于它最后是摔坏了还是压扁了,随它去。那个大探测器是要打开降落伞的,但是保护罩也是不分离的。
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这几个探测器在自由落体的过程之中还真的收集到了压力、温度、云层粒子等等数据。联合探测器自己是在110公里的高度失去了信号,其中有一个小探测器居然落地以后还没摔坏,继续发送了一个小时的信号,也算是超额完成任务了。
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轨道器拍摄的金星紫外波段图像
美国人的轨道环绕器寿命都很长,先驱者金星轨道器一直工作到了上世纪90年代初才结束任务。
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根据环绕器获得的数据制作的金星地图
它用雷达波穿透重重迷雾,一直在扫描金星表面的高度,让地球上的科学家们得以了解金星重重迷雾之下的地形地貌。
苏联人在70年代末到80年代初,基本上是全力以赴开展金星探测,1978年的9月份,要他们发射了金星11号和12号。这一次还是老办法,两颗探测器都带着着陆器呢,而且照相机也升级成了彩色的,镜头盖也做了改动。上次不是两个镜头盖只打开一个嘛。
火箭发射,苏联人已经是轻车熟路。两颗探测器一路上也都很顺利。着陆器和环绕器分离,也没有问题。但是着陆器落了地以后,镜头盖再次出了毛病,这回是镜头盖全都没有打开。而且两个着陆器全都是如此,这下可就要了老命了。
有人可能会纳闷儿,一个镜头盖儿至于次次出毛病吗?这个设计有那么难吗?你别忘了,金星上可是一个高温高压的环境。着陆器内部的压力比外部金星大气层的压力小多,这镜头盖密封性还挺好,外边压力大啊,所以根本就打不开。必须用爆炸螺栓把这个镜头盖儿弹出去。哪知道爆炸螺栓不给力呀,弹不动。
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金星12号的着陆器模型
更要命的是这个镜头盖儿成了整个探测器最薄弱的一个环节。爆炸以后镜头盖儿破损。外边儿压力太大,导致探测器部分受损。本来这个探测器上还带了一个土壤钻探装置要,要在外边儿打个洞,取一点儿土壤样本,回到肚子里面来化验成分。结果这个钻探杆儿坏了,分析化学成分的仪器也坏了。这项任务就彻底完不成了。而且这两个探测器出的也是同一个毛病。金星12号也是一样,土壤取样检验装置也被震坏了。
好在其他仪器还能工作,最大的遗憾就是这次没办法拍照片。金星11号的着陆器检测到一些低频无线电噪音的爆发这,这种低频无线电噪音实际上应该来自于大气闪电,但是这个信号显然比地球上的闪电要强的多。金星12号没有探测到这么强的信号,看来这种闪电只是小规模局部事件。
当然金星11号和12号的本体也没闲着,这一次这两个家伙因为发射的时机不太对,所以速度过快,没有办法进入到环绕金星的轨道,只能飞掠而过了。不过在整个飞行过程里,它们在太空里检测到了143次伽马射线暴,过程非常详细,从爆发开始到结束,记录的清清楚楚。而且金星12号轨道器还用紫外光谱仪观测了布拉德菲尔德彗星,也算是不虚此行了。
当然啦,苏联人对这个相机镜头盖打不开这件事是耿耿于怀,不行这事儿没完。所以在1981年的11月份,他们又发射了金星13号和14号,这一次镜头盖彻底做了重新设计,应该是没有打不开的BUG了。
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金星13号拍摄的照片(RGB三个滤镜拍摄以后和黑白照片合成出彩照)
这一次,这两个探测器一切顺利,镜头盖终于打开了。金星13号和金星14号着陆器上的两个照相机都工作得很好,拍到了至今为止质量最好的金星表面照片。
金星14号看到了一片平坦的大石头,基本没有什么土壤。这地方应该是一个年轻的火山平原,上面有裂片状的熔岩流,可能形成于几百万年前。有些石头一开始被认为是凝固的熔岩,实际上不是,这东西可能是浮石,气孔挺多,也不结实。
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金星14号拍摄的照片
浮石和高温环境密切相关。一般来讲都是从火山里喷出来的。而且条件要求还不低,首先是石头被快速加热,石头被烤化了,是软的,内部产生了大量的气体,压力大,外部急速减压,石头就像爆米花一样被炸得蓬松起来,所以石头一定经历了快速降温。这样那些气孔才能保留下来。
如果金星着陆器拍到的岩石是浮石,那么问题就来了,周围有火山爆发吗?金星上的气压那么高,是什么力量能吹出这种石头爆米花?会不会是另外一种情况。那就是天上有一颗陨石掉下来,金星大气浓密,陨石甚至掉不到地上就已经烧光了,但是陨石烧光产生高温高压会把残存的石头渣子像炸爆米花一样快速炸成浮石?这也是有可能的。反正看地表的痕迹,周围有很多抛射物。似乎是被爆炸冲击波吹出来的。
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触动探针用于测试对象的软硬质地,原理类似于用手指按一按
着陆器还带了个麦克风,能听到周围的风声。镜头盖被爆炸螺栓弹开的声音也录下来了。近地面附近的大气流动非常慢,毕竟这里的大气太浓密了,流动不起来,因此风的侵蚀作用也不大,金星上一直保持着原始的样子。但是,金星的高层大气就不一样了,风力还是非常大的。高层和底层的流动完全不是一码事。
这一次所有的仪器都正常工作。两台着陆器都在金星地表打洞取样,首先要打了一个30mm深的洞,弄了少量岩石样本送到探测器肚子里,用X射线荧光光谱仪进行照射,分析化学成分,发现这种岩石的成分和地球上海底火山熔岩差不多。
当然啦,金星14号着陆器一开始不太走运,它打洞的地方刚好碰到了那个被扔掉的镜头盖。干脆换个地方重新打呗。
金星13号和14号的探测结果差不多,金星13号着陆器落在一片普通的火山平原上,这片火山平原估计形成于7.5亿年前。这次,这两个着陆器坚持了100多分钟才over,表现真的很不错。算是非常圆满地完成了任务。
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金星15装了扫描用的大号雷达天线
1983年发射的金星15号和16号就不玩儿着陆器了,苏联人在两台探测器上装了合成孔径雷达,对金星的表面进行了非常详细的扫描,画出了比较精确的地图,只是扫描的范围比较小,只有北纬30度到北极地区,相当于只扫了上半身,肚子以下全都没扫到。即便如此,也已经发现了很多金星表面的新型地表结构。比如冕区、穹顶、蛛网结构和镶嵌地块。
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金星15/16扫描的金星表面雷达图像
1984年,苏联发射了两颗新的金星探测器,织女星1号和2号。当然啦,这跟织女星一点关系也没有,只是缩写恰好叫“vega”。1986年有一件大事,那就是哈雷彗星要回归,这可是76年才遇到一次是好事儿。那时候我刚小学毕业,啥也不懂呢,夜里瞪着小眼睛往天上看,啥也没看着。
苏联的天文学家库尔特觉得机会难得,就找到了专门计算轨道力学的苏克哈诺夫,他们要借用金星玩儿一次引力弹弓,去拜访哈雷彗星。当然,顺便也探测一下金星。
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金星气球
苏联人已经扔了那么多着陆器了,拍照也拍了,他们也觉得玩儿腻了,他们这一次也想玩儿点儿新鲜的,于是就提出了一个气球漂流的计划。弄一颗大气球,在金星大气层里随风漂流,咱们可以飞得高一点,高层大气温度也不高,压力也不大,探测器可以坚持很长时间。
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织女星-哈雷计划相当复杂
但是,这一次探测器和大气球是完全不同的两个任务,在到达金星之前两天,着陆器组合体和探测器本体就分离了,探测器本体借助金星的引力弹弓效应,一拐弯奔着哈雷彗星的轨道就去了,它还有别的事儿要忙。气球需要自己把数据发送回地球,中间没人负责中转了,探测器的无线电信号功率只有4.5瓦,这点功率连一部手台都不如。这么微弱的信号,要从金星传到地球,这就对苏联的地面测控系统提出了很高的要求。
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全世界有20台大天线参与了测控,就连美国人也帮了忙
这个探测器是以18度的角度小角度擦进了金星大气层,降落伞在65公里的高度展开,探测器的保护罩也被扔掉了,下一步就要展开浮空气球了。先抛出一个小降落伞,用这个小降落伞把气球拉出来,在54公里的高空开始充气。然后充气装置和小降落伞就被扔掉了。等到了50公里的高度上,着陆器和气球也分离了。着陆器还有自己的工作要去做,气球展开以后,通过扔掉配重来调节升降,最后稳定在了50公里的高空,这里气温32摄氏度,压力大概是半个地球大气压。气球可以在空中飘荡几十个小时。
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金星气球悬吊的仪器
这也是人类的一个创举,人类第一次在另外一颗行星上上释放了航空器。当然啦,这也是金星特有的条件,在火星上气球是绝对飞不起来的。这两个气球,一个测出来风速的69米/秒,一个测出来是66米/秒,无论是哪个数字,都比地球上的17级大风还要大。高层大气的湍流也远比预计的要严重多了。
当然啦,织女星1号和2号探测器也和哈雷彗星来了个亲密接触,拍到了不少照片。当然啦,哈雷彗星就是一个脏雪球,周围有气体在阳光照射下蒸发,所以照片上也是模模糊糊的,人家哈雷彗星自带滤镜,只能凑合看了。
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织女星1号拍摄的哈雷彗星照片
到此为止,苏联的金星探测计划就告一段落了。本来想转换一下目标,搞搞火星探测,但是没过几年,苏联没了。一切计划就只是计划了。俄罗斯继承了苏联的航天遗产,但是实在没有这个实力再搞深空探测了。苏联这么多次的金星探测,几乎都是一个模式,那就放着陆器,所以这次我们就一口气讲掉。苏联前后发射了28个金星探测器,只有一半成功抵达了金星,其他的不是栽了,就是发丢了。但是不管怎么说,人类今天有关金星的主要知识都是苏联人贡献的。
经过前前后后这么多次探测任务,我们大致可以知道金星为啥会变成现在这个鬼样子了。这些原因彼此纠缠在一起,真的互相影响,导致金星的环境一路走向了地狱。因为这是一个鸡生蛋蛋生鸡的过程,我尽量选最简单的环节来破题。
首先,金星转得太慢了。金星的自转周期是243天,它的公转周期只有224.7天。而且金星是唯一一个倒转的大行星。这在整个太阳系里,也是独一份。您要是上了金星,那真是可以说,太阳打西边出来了。当然啦,金星上你也看不到太阳,大气透明度太差。
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金星15/16扫描的拉克希米平原
金星大气的的风速要比金星的自转快60倍,地球上最快的风速也只有地球自转速度的20%,由此可见金星有多么奇怪。为啥金星自转这么慢,而且还是倒转呢?科学家们到现在也没完全搞清楚。大致有这么几种说法,第一种说法最简单,就是让人给撞了。咱们地球当初不也让一颗叫忒伊亚的行星给撞了嘛,两颗行星彻底融化合并了,崩出去的渣子构成了月球。咱地球撞得,金星就撞不得?
这一撞,导致金星开始倒转,这个解释最简单,但是要求最苛刻。当初金星是和多大的一颗天体撞啦?哪个角度啊?速度如何?撞在哪个点上?这一切参数都需要恰到好处,才能精确的把金星撞成现在这个样子。我嘴说着简单,现实中太难了。
第二个说法就是潮汐锁定,金星被太阳潮汐锁定了,按理说金星应该是永远一个面朝向太阳。但是,金星轨道并不是个漂亮的正圆,稍微有点偏心,所以并没有完全锁定。在各种扰动之下,保持了一个非常慢的倒转速度。
啥扰动?地球呗。有个非常巧的现象,那就是每次金星运转到地球和太阳之间,金星距离地球最近最近的位置上,金星的自转也就刚好达到同一个位置。这么说有点抽象。我们换个说法,在金星恰好运行到地球和太阳的连线上,你在金星的球面上,走到正对地球的位置,在这里立根杆子,杆子指向地球。放心好了。下次金星在一次转到地球和太阳之间的时候,也就是金星距离地球最近的时候,这根杆子还会准确的指向地球。金星自转周期就是这么巧,准得很。
你要说,这事儿和地球的摄动没关系,天底下哪有这么巧的事儿呢?
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金星16描绘的表面雷达测绘图
还有一种说法,那就是金星大气层太浓密了,质量很大,会影响到金星的自转,这东西成了刹车皮了。大气层迎着阳光那一面的密度,和背着阳光哪一边的密度是不一样的,重心歪了,不在金星的重心上。只要是偏心的,就有潮汐作用,太阳对金星大气层的潮汐力和对金星的潮汐力不一致。最后导致了金星缓慢倒转。
那问题又来了,金星是一开始就有这样的浓密大气层吗?还是说自转缓慢导致了金星大气层浓密?谁是因谁是果?这个问题就复杂了。
我们为啥要从金星的自转速度破题呢?因为金星自转太慢,就是导致金星内部磁场太弱的直接原因,您距离太阳近不说,磁场还弱,那一系列的麻烦就都来了,金星倒霉就倒在这一条上了。
我们下次再说。