著陸陌生星球

探索太陽(yáng)系，人們不僅要將探測(cè)器發(fā)送到遙遠(yuǎn)天體的附近去觀察它們，還希望能夠直接著陸在這些天體上近距離地研究它們。而在星球上安全著陸往往是決定成敗的關(guān)鍵一步。自太空時(shí)代以來(lái)，人類的探測(cè)器在太陽(yáng)系中的行星、衛(wèi)星、小行星和彗星等主要的星球上都有過(guò)令人難忘的著陸時(shí)刻，其中火星和月球最受科學(xué)家的青睞。

然而，迄今不盡如人意的地方依然很多。例如金星，雖然它距離我們很近，但在金星上著陸并不容易，只有很少的航天器獲得了成功。而木衛(wèi)二，雖然這顆冰凍衛(wèi)星被認(rèn)為是太陽(yáng)系中尋找生命最理想的地方之一，但迄今還沒(méi)有一個(gè)探測(cè)器在木衛(wèi)二上著陸。人們經(jīng)常談到上述兩顆星球，但它們表面的情況究竟如何，人們依然陌生。

現(xiàn)在，科學(xué)家們正在努力改變這種狀況，他們?cè)O(shè)計(jì)了一些新的著陸方案，設(shè)想未來(lái)的宇宙飛船若要降落在金星和木衛(wèi)二上，應(yīng)該采用怎樣的與傳統(tǒng)方法不一樣的著陸新技巧。

金星是一個(gè)很難訪問(wèn)的世界，這一點(diǎn)科學(xué)家們已經(jīng)有所領(lǐng)教。金星上熾熱的溫度和巨大的大氣壓力，不足兩小時(shí)就能摧毀抵達(dá)它表面的探測(cè)器。但行星科學(xué)家們還是非常期待前往金星，因?yàn)樗麄冊(cè)絹?lái)越肯定金星曾經(jīng)是適合居住的。一些科學(xué)家還聲稱，他們發(fā)現(xiàn)金星的大氣云層中有微生物活動(dòng)的痕跡，因?yàn)樵茖又袚碛幸环N通常與某種微生物共存的化學(xué)物質(zhì)——磷化氫。在地球上，磷化氫是由某些細(xì)菌釋放的，而金星云層中出現(xiàn)磷化氫意味著在現(xiàn)代金星的上層大氣中也有可能存在微生物。

雖然目前微生物并沒(méi)有被證實(shí)在金星上確實(shí)存在，但金星的環(huán)境曾經(jīng)宜居的觀點(diǎn)已越來(lái)越被學(xué)術(shù)界所認(rèn)可，這導(dǎo)致科學(xué)家們急于探索金星。他們注意到金星上有一個(gè)名為“特塞拉”的山區(qū)地帶，那里的山脈呈脊?fàn)詈驼郫B狀，這很可能是大陸板塊相對(duì)運(yùn)動(dòng)的結(jié)果，表明金星上可能存在著某種形式的構(gòu)造板塊。板塊的運(yùn)動(dòng)把新巖石帶到表面，從而形成了這種折疊狀的山地地形。在地球上，構(gòu)造板塊的存在和運(yùn)動(dòng)，對(duì)地球生命的存在和演化起到了非常重要的作用。

“麥哲倫號(hào)”軌道飛行器拍攝的圖像，顯示金星上被稱為“特塞拉”的山區(qū)地帶，其折疊狀的山地地形可能是地質(zhì)構(gòu)造活動(dòng)的產(chǎn)物

進(jìn)入稠密大氣層

為此，科學(xué)家們?cè)O(shè)計(jì)了前往金星的太空任務(wù)，這個(gè)任務(wù)除了有環(huán)繞金星飛行的軌道器外，還有一個(gè)可以鉆取和分析特塞拉地區(qū)巖石樣本的著陸器。然而目前看來(lái)，著陸器在金星的山區(qū)著陸的難度很大。雖然在20世紀(jì)90年代，美國(guó)宇航局的“麥哲倫號(hào)”軌道飛行器繪制了一幅金星地形圖，但這幅圖只是籠統(tǒng)地展示了金星上的大多數(shù)斜坡都小于30度，但具體的情況并不明確，且無(wú)法確定特塞拉地區(qū)的斜坡究竟有多陡峭。也許在某些區(qū)域，其坡度可達(dá)到60度。假如著陸器降落在了這些區(qū)域，就很容易傾倒。因此，著陸器需要某種智能導(dǎo)航系統(tǒng)來(lái)選擇最佳的著陸地點(diǎn)并進(jìn)行導(dǎo)航。

金星表面的三維合成圖像

由于金星大氣的密度和壓力非常大，擬議中的著陸器并不能像火星著陸器那樣使用小型火箭發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)減速，它使用的是一種風(fēng)扇式的裝置。風(fēng)扇能使著陸器幾乎像潛水艇一樣慢慢接近地面，這樣一來(lái)，金星上的稠密大氣的劣勢(shì)便反而轉(zhuǎn)變成為優(yōu)勢(shì)了。

然而，金星上的稠密大氣還將帶來(lái)另一個(gè)更大的挑戰(zhàn)，那就是著陸器在金星上降落時(shí)很難看清地面的景物。稠密的大氣層，使得金星的表面比地球或者火星上更容易散射光線。一旦著陸器下降到距離地面只有幾千米時(shí)，金星表面的視野就變得非常模糊了。

更為糟糕的是，這些散射光線還會(huì)讓人產(chǎn)生光源仿佛來(lái)自四面八方的錯(cuò)覺(jué)，就像手電筒的光線照射到了霧中一般。這樣一來(lái)，金星上的物體就難以出現(xiàn)陰影，陡峭的斜坡或巨大的巖石無(wú)法借助陰影凸顯出來(lái)，這給安全著陸帶來(lái)了很大的風(fēng)險(xiǎn)。一些科學(xué)家認(rèn)為，雖然著陸金星的大多數(shù)挑戰(zhàn)都有近乎可行的解決方案，但無(wú)法看清景物仍然是最大的障礙。

著陸冰凍星球

與著陸金星相較，著陸器在木衛(wèi)二上不會(huì)遇上濃密的大氣，也沒(méi)有熾熱的高溫和巨大的氣壓攔路，木衛(wèi)二表面的景物也是清晰的。但木衛(wèi)二的表面由冰組成，有山脊、溝壑和裂縫，還有少量環(huán)形山。著陸在這種冰凍的星球上，面臨的挑戰(zhàn)依然嚴(yán)峻?？茖W(xué)家們正在考慮將用于火星的著陸技術(shù)用在木衛(wèi)二的著陸器上，這是一種名為“太空起重機(jī)”的著陸裝置，2012年，“好奇號(hào)”火星探測(cè)器著陸火星時(shí)就首次使用了這種技術(shù)。它是一個(gè)裝有制動(dòng)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的懸吊系統(tǒng)，可以將著陸器懸吊著輕輕地“放”到星球的表面。2021年2月，“毅力號(hào)”探測(cè)器著陸火星時(shí)也使用了這項(xiàng)技術(shù)。

但木衛(wèi)二上的重力很小，只相當(dāng)于地球上重力的七分之一。在這種情況下，巨大的著陸器在著陸時(shí)依然充滿不確定性，因?yàn)榧偃缰憰r(shí)出現(xiàn)反彈之類的情況，著陸行動(dòng)就會(huì)面臨失敗。對(duì)此，美國(guó)噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的工程師約翰·伽侖介紹道：“我們的要求是不論星球表面的形態(tài)如何，著陸器都要能夠適應(yīng)，并在上面保持穩(wěn)定?！睘榇?，研究人員為著陸器設(shè)計(jì)并測(cè)試了各種樣式的支撐裝置，它們可以鎖定在冰面上，也可以使著陸器像青蛙一樣穩(wěn)穩(wěn)地蹲伏在冰面上。

一艘宇宙飛船降落在木星冰冷的衛(wèi)星木衛(wèi)二上（想象圖）

木衛(wèi)二的大小和月亮差不多。迄今，科學(xué)家們對(duì)木衛(wèi)二的了解依然很膚淺。20世紀(jì)90年代，“伽利略號(hào)”木星探測(cè)器探測(cè)了這顆衛(wèi)星。探測(cè)結(jié)果表明，木衛(wèi)二冰殼之下可能存在著一個(gè)液態(tài)的水體，這個(gè)巨大的地下海洋正是科學(xué)家們對(duì)它深感興趣的原因，因?yàn)榈叵潞Ｑ蟮拇嬖谝馕吨拘l(wèi)二很可能是一個(gè)存在生命的星球。

“伽利略號(hào)”木星探測(cè)器認(rèn)真觀察了木衛(wèi)二冰凍的表面，發(fā)現(xiàn)木衛(wèi)二上有獨(dú)特的雙脊地形，它們可達(dá)300米高，并延伸數(shù)百千米?？茖W(xué)家們目前尚不清楚這種奇怪的冰地形是如何形成的。一些科學(xué)家認(rèn)為，木衛(wèi)二可能存在鋸齒狀的冰刺，被稱為“冰刃”。但僅憑“伽利略號(hào)”傳回的圖像，完全無(wú)法判斷冰刃是否存在。假如這種冰結(jié)構(gòu)真的存在，那么著陸木衛(wèi)二就會(huì)面臨更大的難度。不過(guò)最新的研究顯示，木衛(wèi)二上缺少大氣，冰刃應(yīng)該很難形成。

為了加深對(duì)木衛(wèi)二的了解，人們也設(shè)計(jì)了另外一項(xiàng)太空任務(wù)，名為“木衛(wèi)二快船”，計(jì)劃于2024年發(fā)射，2030年抵達(dá)木星。它將為木衛(wèi)二拍攝高分辨率的圖像，這將有助于澄清木衛(wèi)二上是否存在冰刃的問(wèn)題。同時(shí)，“木衛(wèi)二快船”也將對(duì)木衛(wèi)二進(jìn)行多方面的綜合探測(cè)，這將有利于加快人類對(duì)這顆陌生星球的進(jìn)一步了解。

作者：張唯誠(chéng)