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金星研究历史

时间:2018-06-29 07:55来源:中国国家天文
星体观测 在太空探测器探测金星以前,有的天文学家认为金星的化学和物理状况和地球类似,在金星上发现生命的可能性比火星还大。1950年代后期,天文学家用

星体观测

在太空探测器探测金星以前,有的天文学家认为金星的化学和物理状况和地球类似,在金星上发现生命的可能性比火星还大。1950年代后期,天文学家用射电望远镜第一次观测了金星的表面。从1961年起,苏联和美国向金星发射了30多个探测器,从近距离观测,到着陆探测。
金星的轨道比水星的要大。当进行处于西方(在太阳之右)或东方(在太阳之左)的最大距角时,看起来它距太阳比水星距太阳远一倍。金星是天空中最亮的天体之一,观察它的最佳时间可能是当太阳恰好位于地平线以下的时候。必须注意,千万不能用眼睛直接看太阳。太阳落山金星随后落下,此时它位于太阳之左;太阳升起前金星首先升起,此时它位于太阳之右。
你很容易分辨出金星来,它明亮而略呈黄色。当金星呈大“新月”形时,用双筒望远镜观测它是最合适的。此时金星位于最大距角点与下合点之间在下合点时金星位于地球与太阳之间,我们便看不到它了,注意调好望远镜的焦距使之能观察遥远的物体。

探测简史

金星是一颗内层行星,从地球用望远镜观察它的话,会发现它有位相变化。伽利略对此现象的观察是赞成哥白尼的有关太阳系的太阳中心说的重要证据。
除太阳、月亮之外,金星是天空中肉眼能够看到的最明亮的星,最亮的时候达-4.4等,比全天最亮的恒星天狼星还亮14倍。金星毗邻地球,其直径比地球小约4%,质量轻20%,密度低10%。理论上金星有一个半径约3100千米的铁镍核,中间为幔,外面为壳。由于它在大小、密度、质量、外表各方面很像地球,所以它有地球的“孪生姊妹”之美称。
人类对太阳系行星的空间探测首先是从金星开始的,前苏联和美国从20世纪60年代起,就对揭开金星的秘密倾注了极大的热情和探测竞争。迄今为止,发往金星或路过金星的各种探测器已经超过40个,获得了大量的有关金星的科学资料。
1962年8月27日,美国发射了“水手2号”飞船,它于1962年12月14日到达金星附近。星载微波辐射计测量了大气深处的温度,红外辐射计测量了云层顶部的温度。磁强计的测量结果表明金星磁场很弱,在它的周围不存在辐射带
1967年6月12日,苏联发射了“金星”4号飞船,同年10月18日进入金星大气层。“金星”4号的着陆舱直径1米,重383公斤,外表包着一层很厚的耐高温壳体,设计极限压强为25个大气压。着陆舱进入大气层后展开降落伞,在降落伞的作用下缓慢下落,探测数据及时发送到轨道舱,然后返回地球。当着陆舱下降到距离金星表面为24.96公里时信号停止发射,估计是着陆舱被金星的高气压压瘪了。
“金星”5号的发射时间为1969年1月5日,它的设计同“金星”4号非常接近,只是更结实一些。在着陆舱下落过程中,获得了53分钟的探测数据。当着陆舱下落到距离金星表面约24~26公里时被大气压坏,此时的压力为26.1个大气压。
“金星”6号于1969年1月10日发射,同年5月17日到达金星。着陆舱一直下降到距离金星表面10~12公里。1970年8月17日,苏联发射了“金星”7号,并于1970年12月15日到达金星。该飞船的着陆舱能承受180个大气压,因此成功地到达了金星表面,成为第一个到达金星实地考察的人类使者。
传回的数据表明,温度高达摄氏470度。大气成分主要是二氧化碳,还有少量的氧、氮等气体。至此,人类撩开了金星神秘的面纱。
金星环境复杂多变,天空是橙黄色,经常下硫酸雨,一次闪电竟然持续15分钟!
1978年9月9日和9月14日,前苏联发射了“金星11号”和“金星12号”,两者均在金星成功实现软着陆,分别工作了110分钟。特别是“金星12号”于12月21日向金星下降的过程中,探测到金星上空闪电频繁、雷声隆隆,仅在距离金星表面11公里下降到5公里的这段时间就记录到1000次闪电,有一次闪电竟然持续了15分钟!

前苏联与美国

前苏联于1961年1月24日发射“巨人”号金星探测器,在空间启动时因运载火箭故障而坠毁。1961年2月12日试验发射“金星1号”,这个成功飞往金星的探测器重643千克,在1965年11月12日和5日发射的“金星2号”和“金星3号”均告失败,“金星3号”重达963千克,当它在金星上硬着陆后,一切通信遥测信号全部中断,估计是仪器设备摔毁了。尽管如此,前苏联科学家认为还是有收获的,因为取得可直接“命中”金星的首战告捷。
1967年1月12日,成功发射了“金星4号”探测器,同年10月抵达金星,向金星释放了一个登陆舱,在它穿过大气层的94分钟时间里,测量了大气温度、压力和化学组成。1969年发射了“金星5号”和“金星6号”,再次闯入金星大气探测,探测器最后降落在金星表面上,由于硬着陆仪器设备损坏,因此不能探测金星表面情况。1970年8月17日“金星7号”探测器成功发射,它穿过金星浓云密雾,冒着高温炽热,首次实现金星表面的软着陆。“金星7号”测得金星表面大气压力强至少为地球的90倍,温度高达470℃。
1978年9月9日和9月14日,前苏联又发射了“金星11号和12号”,两者均在金星成功实现软着陆,分别工作了110分钟。特别是“金星12号”在12月21日向金星下降的过程中,探测到金星上空闪电频繁、雷声隆隆,仅在距离金星表面11千米下降到5千米的这段时间就记录到1000次闪电,有一次闪电竟然持续了15分钟!
1981年10月30日和11月4日先后上天的“金星13号”和“金星14号”,其着陆舱携带的自动钻探装置深入到金星地表,采集了岩石标本。研究表明,金星上的地质构造仍然很活跃,金星的岩浆里含有水分。从二者发回的照片知道,金星的天空是橙黄色,地表的物体也是橙黄色的。“金星13号”着陆区的温度是457℃,“金星14号”的着陆地点比较平坦,是一片棕红色的高原,地面覆盖着褐色的沙砾,岩石层比较坚硬,各层轮廓分明。“金星13号”下降着陆区的气压是89个大气压;“金星14号”下降着陆区为94个大气压,这样大的压力相当于地球海洋900米深处所具有的压力。在距离地面30千米到45千米的地方有一层像雾一样的硫酸气体,这种硫酸雾厚度大约25千米,具有很强的腐蚀性。探测表明,金星赤道带有从东到西的急流,最大风速达每秒110米!金星大气有97%是二氧化碳,还有少量的氮、氩及一氧化碳和水蒸气。主要由二氧化碳组成的金星大气,好似温室的保护罩一样,它只让太阳光的热量进来,不让其热量跑出去,因此形成金星表面的高温和高压环境。
1983年6月2日和6月7日,“金星15号”和“金星16号”相继发射成功,二者分别于10月10日和14日到达金星附近,成为其人造卫星,它们每24小时环绕金星一周,探测了金星表面以及大气层的情况。探测器上的雷达高度计在围绕金星的轨道上对金星表面进行扫描观测,雷达的表面分辨率达1~2千米,可看清金星表面的地形结构,成功绘制了北纬30度以北约25%金星表面地形图。1984年12月前苏联发射了“金星-哈雷”探测器,1985年6月9日和13日于金星相会,向金星释放了浮升探测器——充氦气球和登陆舱,它们携带的电视摄像机对金星云层进行了探测,发现金星大气层顶有与自转同向的大气环流,速度高达320千米/小时,登陆设备还钻探和分析了金星土壤。“金星-哈雷”探测器在完成任务后利用金星引力变轨,飞向哈雷彗星。综观前苏联金星探测的特点在于,主要是投放降落装置考察,以特殊的工艺战胜金星上高温高压,取得了金星表面宝贵的第一手资料。
前苏联航天技术的辉煌成就,极大地刺激了美国人。20世纪60年代初,美国宇航局根据肯尼迪总统提出的登月计划,全力开展探月活动;但又看到前苏联对金星的探测活动,格外着急。美国当局立即决定分兵两路,在实施登月的同时,拿出一部分力量来探测金星。美国于1961年7月22日发射“水手1号”金星探测器,升空不久因偏离航向,只好自行引爆。1962年8月27日发射“水手2号”金星探测器,飞行2.8亿千米后,于同年12月14日从距离金星3500千米处飞过时,首次测量了金星大气温度,拍摄了金星全景照片,但由于设计上的缺陷,在探测过程中,光学跟踪仪、太阳能电池板、蓄电池组和遥控系统都先后出了故障,未能圆满执行计划。1967年6月14日发射“水手5号”金星探测器,同年10月19日从距离金星3970千米处通过,作了大气测量。1973年11月3日发射“水手10号水星探测器,1974年2月5日路过金星,从距离金星5760千米处通过,对金星极其大气作了电视摄影,发回上千张金星照片。

先驱者号

从1978年起,美国把行星探测活动的重点转移到金星。1978年5月20日和8月8日,分别发射了“先驱者-金星1号和2号”其中1号在同年12月4日顺利到达金星轨道,并成为其人造卫星,对金星大气进行了244天的观测,考察了金星的云层、大气和电离层,研究了金星表面的磁场,探测了金星大气和太阳风之间的相互作用;还使用船载雷达测绘了金星表面地形图。1988年1月两位美国地质学家报告说,金星表面的阿芙洛狄忒高原地区具有与地球上洋脊十分相似的特征,他们分析了美国“先驱者-金星1号”宇宙飞船环绕金星时用雷达信号测量金星表面的结果,发现金星阿芙洛狄忒高原的岩层断裂模式与地球上洋中脊附近的情况很相似,其主脊两侧的特征近似呈镜像对称,这也正是洋中脊的重要特征。那里的高山、峡谷以及断层诸方面的分布特征表明金星的地壳在扩张,其每年几厘米的扩张速度与地球的海(洋)底扩张相仿。
“先驱者-金星2号”带有4个着陆舱一起进入金星大气层,其中一个着陆舱着陆后连续工作了67分钟,发回了一些图片和数据。在金星的云层中不同层次具有明显的物理和化学特征,金星上降雨时,落下的是硫酸而不是水,探测还表明,金星上有极其频繁的闪电;金星地形和地球相类似,也有山脉一样的地势和辽阔的平原;存在着火山和一个巨大的峡谷,其深约6千米、宽200多千米、长达1000千米;金星表面有一个巨大的直径达120千米的凹坑,其四周陡峭,深达3千米。

麦哲伦号

为了在探测金星方面取得更大的成就,美国宇航局决定要利用其在雷达探测技术方面的先进设备,透过金星浓密的云层,详细勘察金星的全貌和地质构造。1989年5月4日,亚特兰蒂斯号航天飞机将“麦哲伦”号金星探测器带上太空,并于第二天把它送入金星的航程。“麦哲伦”号金星探测器重量达3365千克,造价达4.13亿美元。后来的事实说明,“麦哲伦”号是迄今最先进最为成功的金星探测器。“麦哲伦”号装有一套先进的电视摄像雷达系统,可透过厚厚的云层测绘出金星表面上小如足球场的物体图像,其清晰度胜过迄今所获金星图像的10倍!它装载的高分辨率综合孔径雷达,其发射、接收天线与著名的“旅行者”号探测器定向天线相似,也是3.65米直径的抛物面形天线,但其性能比前者提高了许多,它在金星赤道附近250千米高空时,分辨率也可达到270米。“麦哲伦”的中心任务是对金星作地质学和地球物理学探测研究,通过先进的雷达探测技术,研究金星是否具有与河床和海洋构造,因前苏联有科学家推测,大约40亿年前金星上有过汪洋大海。
“麦哲伦”经过15个月的航行,于1990年8月10日点燃反向制动火箭,使其速度由每小时3.96万千米减至2.79万千米,进入围绕金星的轨道。“麦哲伦”探测器运行中沿金星子午线绕一圈约需要189分钟,扫描宽度为20~25千米;从北极区域到南纬60度计划进行37分钟的观测,行程约1.5万千米。8月16日“麦哲伦”发回第一批进行照片。
麦哲伦”拍摄到金星上一个40千米×80千米大的熔岩平原,雷达的测绘图像非常清晰,可以清楚地辨认出火山熔岩流、火山口、高山、活火山、地壳断层、峡谷和岩石坑。金星火山数以千计,火山周围常有因陨石撞击而形成的沉积物,像白色花朵。“麦哲伦”发现金星上的尘土细微而轻盈,较易于被吹动,探测表明金星表面确实是有风的,很可能像“季风”那样,时刮时停,有时还会发生大风暴。金星表面温度高达280℃~540℃。它没有天然卫星,没有水滴,其磁场强度也很小,大气主要以二氧化碳为主,一句话,它不适宜生命存活。它的表面70%左右是极为古老的玄武岩平原,20%是低洼地,高原大约占了金星表面的10%,金星上最高的山是麦克斯韦火山,高达12000米。在金星赤道附近面积达2.5万平方千米的平原上,有3个直径为37千米~48千米的火山口。金星上环绕山极不规则,总共约有900个,而且痕迹都非常年轻。
“麦哲伦”拍摄了金星绝大部分地区的雷达图像,它的许多图像与前苏联“金星15号”和“金星16号”探测器所摄雷达照片经常可以重合拼接起来,使判读专家得以相互印证,从而使得人们对金星有进一步的了解。“麦哲伦”号从1990年8月10日至1994年12月12日一直围绕金星进行探测,最后在金星大气中焚毁。1990年2月飞往木星的“伽利略”号探测器途径金星,成功地拍摄金星的紫外。红外波段的图像,照片上显示金星大气顶部的硫酸云雾透过紫外光非常突出。虽说金星空间探测硕果累累,但仍然有许多待解之谜。譬如说,金星上确曾有过海吗?金星上的温室效应是在什么时候、怎样发生的?金星表面是经过大规模的火山活动而重新形成的吗?金星大气的精确化学成分是什么?等等。据报道,2001年日本文部科学省宇宙科学研究所制定出一个金星探测计划,准备在2007年用M5火箭发射金星探测器,预计它在2009年进入围绕金星的大椭圆轨道,其近地点约300千米,远地点约60000千米;它通过携带的5台可穿透金星大气的特殊红外摄像机、紫外摄像机探测金星大气和地质构造。未来的金星探测需要长寿命的登陆舱、专门的下降探测装置、遥控探测气球以及监视金星大气的轨道器等。

日本

日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)在2010年5月发射的金星探测器“晓”号,原定在2010年12月7日进入金星轨道,但“晓”号开始进行引擎反向喷射、准备减缓速度进入金星轨道时,通讯设备却发生故障,与地面指挥中心短暂失联,以至于引擎停摆,与金星擦身而过。“晓”号必须等到2016年后才能再度接近金星轨道,运作小组表示,届时“晓”号若仍完好无损,将再次挑战。

金星探测器

年份
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