2022年第9期着陆陌生星球

2022-09-23

探索太阳系，人们不仅要将探测器发送到遥远天体的附近去观察它们，还希望能够直接着陆在这些天体上近距离地研究它们。而在星球上安全着陆往往是决定成败的关键一步。自太空时代以来，人类的探测器在太阳系中的行星、卫星、小行星和彗星等主要的星球上都有过令人难忘的着陆时刻，其中火星和月球最受科学家的青睐。

然而，迄今不尽如人意的地方依然很多。例如金星，虽然它距离我们很近，但在金星上着陆并不容易，只有很少的航天器获得了成功。而木卫二，虽然这颗冰冻卫星被认为是太阳系中寻找生命最理想的地方之一，但迄今还没有一个探测器在木卫二上着陆。人们经常谈到上述两颗星球，但它们表面的情况究竟如何，人们依然陌生。

现在，科学家们正在努力改变这种状况，他们设计了一些新的着陆方案，设想未来的宇宙飞船若要降落在金星和木卫二上，应该采用怎样的与传统方法不一样的着陆新技巧。

金星是一个很难访问的世界，这一点科学家们已经有所领教。金星上炽热的温度和巨大的大气压力，不足两小时就能摧毁抵达它表面的探测器。但行星科学家们还是非常期待前往金星，因为他们越来越肯定金星曾经是适合居住的。一些科学家还声称，他们发现金星的大气云层中有微生物活动的痕迹，因为云层中拥有一种通常与某种微生物共存的化学物质——磷化氢。在地球上，磷化氢是由某些细菌释放的，而金星云层中出现磷化氢意味着在现代金星的上层大气中也有可能存在微生物。

虽然目前微生物并没有被证实在金星上确实存在，但金星的环境曾经宜居的观点已越来越被学术界所认可，这导致科学家们急于探索金星。他们注意到金星上有一个名为“特塞拉”的山区地带，那里的山脉呈脊状和折叠状，这很可能是大陆板块相对运动的结果，表明金星上可能存在着某种形式的构造板块。板块的运动把新岩石带到表面，从而形成了这种折叠状的山地地形。在地球上，构造板块的存在和运动，对地球生命的存在和演化起到了非常重要的作用。

“麦哲伦号”轨道飞行器拍摄的图像，显示金星上被称为“特塞拉”的山区地带，其折叠状的山地地形可能是地质构造活动的产物

进入稠密大气层

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为此，科学家们设计了前往金星的太空任务，这个任务除了有环绕金星飞行的轨道器外，还有一个可以钻取和分析特塞拉地区岩石样本的着陆器。然而目前看来，着陆器在金星的山区着陆的难度很大。虽然在20世纪90年代，美国宇航局的“麦哲伦号”轨道飞行器绘制了一幅金星地形图，但这幅图只是笼统地展示了金星上的大多数斜坡都小于30度，但具体的情况并不明确，且无法确定特塞拉地区的斜坡究竟有多陡峭。也许在某些区域，其坡度可达到60度。假如着陆器降落在了这些区域，就很容易倾倒。因此，着陆器需要某种智能导航系统来选择最佳的着陆地点并进行导航。

金星表面的三维合成图像

由于金星大气的密度和压力非常大，拟议中的着陆器并不能像火星着陆器那样使用小型火箭发动机来减速，它使用的是一种风扇式的装置。风扇能使着陆器几乎像潜水艇一样慢慢接近地面，这样一来，金星上的稠密大气的劣势便反而转变成为优势了。

然而，金星上的稠密大气还将带来另一个更大的挑战，那就是着陆器在金星上降落时很难看清地面的景物。稠密的大气层，使得金星的表面比地球或者火星上更容易散射光线。一旦着陆器下降到距离地面只有几千米时，金星表面的视野就变得非常模糊了。

更为糟糕的是，这些散射光线还会让人产生光源仿佛来自四面八方的错觉，就像手电筒的光线照射到了雾中一般。这样一来，金星上的物体就难以出现阴影，陡峭的斜坡或巨大的岩石无法借助阴影凸显出来，这给安全着陆带来了很大的风险。一些科学家认为，虽然着陆金星的大多数挑战都有近乎可行的解决方案，但无法看清景物仍然是最大的障碍。

着陆冰冻星球

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与着陆金星相较，着陆器在木卫二上不会遇上浓密的大气，也没有炽热的高温和巨大的气压拦路，木卫二表面的景物也是清晰的。但木卫二的表面由冰组成，有山脊、沟壑和裂缝，还有少量环形山。着陆在这种冰冻的星球上，面临的挑战依然严峻。科学家们正在考虑将用于火星的着陆技术用在木卫二的着陆器上，这是一种名为“太空起重机”的着陆装置，2012年，“好奇号”火星探测器着陆火星时就首次使用了这种技术。它是一个装有制动火箭发动机的悬吊系统，可以将着陆器悬吊着轻轻地“放”到星球的表面。2021年2月，“毅力号”探测器着陆火星时也使用了这项技术。

但木卫二上的重力很小，只相当于地球上重力的七分之一。在这种情况下，巨大的着陆器在着陆时依然充满不确定性，因为假如着陆时出现反弹之类的情况，着陆行动就会面临失败。对此，美国喷气推进实验室的工程师约翰·伽仑介绍道：“我们的要求是不论星球表面的形态如何，着陆器都要能够适应，并在上面保持稳定。”为此，研究人员为着陆器设计并测试了各种样式的支撑装置，它们可以锁定在冰面上，也可以使着陆器像青蛙一样稳稳地蹲伏在冰面上。

一艘宇宙飞船降落在木星冰冷的卫星木卫二上（想象图）

木卫二的大小和月亮差不多。迄今，科学家们对木卫二的了解依然很肤浅。20世纪90年代，“伽利略号”木星探测器探测了这颗卫星。探测结果表明，木卫二冰壳之下可能存在着一个液态的水体，这个巨大的地下海洋正是科学家们对它深感兴趣的原因，因为地下海洋的存在意味着木卫二很可能是一个存在生命的星球。

“伽利略号”木星探测器认真观察了木卫二冰冻的表面，发现木卫二上有独特的双脊地形，它们可达300米高，并延伸数百千米。科学家们目前尚不清楚这种奇怪的冰地形是如何形成的。一些科学家认为，木卫二可能存在锯齿状的冰刺，被称为“冰刃”。但仅凭“伽利略号”传回的图像，完全无法判断冰刃是否存在。假如这种冰结构真的存在，那么着陆木卫二就会面临更大的难度。不过最新的研究显示，木卫二上缺少大气，冰刃应该很难形成。