在模擬金星環境下樣品的熱紅外照片

 

模擬金星環境下存放二氧化碳樣品的容器

    科學家正努力在實驗室裡複製金星上的環境，以便更好的解讀從這顆行星獲取的地表和大氣數據。對於金星環境演化過程的研究將有助於外空生物學家更好地理解地球的氣候系統，以及岩石行星的可居住性。

    科學家通過分析行星光譜，可以獲取有關這一行星大氣和表面的信息。光譜是不同物質對於光線反射或吸收程度的不同。通過分析這些不同，科學家可以反推出每一種光譜特徵代表的是何種物質或環境。然而，當科學家們對金星的光譜金星分析時卻遇到了麻煩——金星是太陽系中溫度最高的行星，這嚴重影響了數據的解讀。

    金星和地球常常被譽為太陽系裡的雙胞胎，因為他們質量、大小，甚至位置都最為接近。但是金星這顆距離太陽第二近的大行星顯然和地球走了完全不同的演化道路。如今，金星地表炙熱難耐，溫度高達480攝氏度，而其表面壓力也高達90倍地球大氣壓強。這樣惡劣的環境讓科學家瞭解其低空大氣和地表信息的努力困難重重。

    「遙感，尤其是紅外線觀測，使我們得以穿透雲層，看到大氣的最深處以及金星表面，」哈肯·思維漢姆(Hakan Svedhem)說，他是歐空局金星快車探測器的項目科學家。「在地球上，我們瞭解大氣中的吸收線，因此我們可以進行相應的計算。然而金星上的極端高溫高壓讓觀測變得非常複雜。我們不清楚這樣的環境會對光譜線造成何種影響，在這種情況下，我們不可能精確的解譯這些光譜數據。」

 

    為了突破這一數據分析瓶頸，來自歐洲幾個國家的科學家聚集到一起。他們計畫在實驗室重現金星上的極端環境，並就其對光譜數據產生的影響進行分析。這些數據來自歐空局金星快車探測器搭載的設備，比如可見光與紅外線熱成像分光計(VIRTIS)。

    在位於德國柏林的行星輻射實驗室內，研究人員赫爾伯特(Joern Helbert)和他的同事們試著將岩石和塵埃加熱至500攝氏度。隨著溫度上升，這些物體開始發光，開始是在紅外波段，接著是在可見光波段。因為不同物質在不同波段的輻射強度不同，這些差異可以被用來辨別行星表面不同的岩石類別。

    「高溫改變了物質內部結構，因此一些變得更亮，另一些則變得更暗，」赫爾伯特說。「我們研究這一課題已有三年時間，我們使用一種特質的裝置，將樣品在一個不銹鋼容器內加熱。這讓我們得以迅速加熱樣品並穩定地保持這樣的溫度。我們已經在實驗室對玄武岩、赤鐵礦和花崗岩的光譜進行了分析，我們可以用這些數據與VIRTIS的數據進行比對。」

    有了這些新的實驗室數據，赫爾伯特的小組希望得以瞭解金星上的礦物分佈以及地質歷史的信息，包括近10億年以來不斷發生的岩漿噴湧現象，岩漿的大量湧出導致金星的整個地表被不斷的改觀。

    對一個以二氧化碳為主的大氣層的理解是另一個挑戰。金星的低空大氣可能是一個燜燒鍋，溫度甚至高於家用壁爐的兩倍。而金星地表反射的光線則必須經過這層緻密而超高溫的氣體層才能抵達金星快車上的觀測設備。

    二氧化碳困住了絕大部分來自地面的紅外輻射，這造成了失控的溫室效應。但是其光學機理仍然沒有被完全理解，尤其是在某些波段，金星大氣層幾乎是透明的。科學家們希望理解大氣層是如何吸收來自地面的輻射的，以及在哪些波段對金星低空大氣和表面金星觀測是最清晰的。只有這樣，科學家們才有可能真正理解獲取的光譜數據並正確解譯，也才能揭示更多金星濃密大氣覆蓋下表面的細節和秘密。

    為了彌補認識上的不足，一個由古塞皮·皮塞歐尼(Giuseppe Piccioni)率領的小組正試圖在實驗室模擬金星的大氣層。他是金星快車VIRTIS設備的首席科學家。他們的研究在位於義大利首都羅馬的國家天體物理研究院進行，內容包括研究在接近金星那樣的高溫高壓下，二氧化碳光譜線的變化。

    「我們使用精心設計可以抵擋超高溫的容器裝入二氧化碳，」皮塞歐尼說。「然後我們使用精度很高的光譜儀進行測量，以期獲得這種氣體的吸收線數據。」

    這種極度枯燥的實驗室工作目前仍在進行，但一旦他們鎖定了光譜中清晰的窗口波段，那麼科學家們將第一次有能力描繪出金星低層大氣中溫度和氣體的三維分佈模型。

    這一實驗的突破將帶來解決一系列重大問題的希望，使我們更好地理解金星大氣的動力機制和組分。包括金星上神秘的4天環流(指金星大氣中的超高速風現象，比金星自轉速度快60倍以上，4天繞全球一圈)、極地漩渦以及水汽和其他微量組分的分佈情況。