美国宇航局将与戈达德的 DAVINCI+ 一起探索地球神秘双胞胎的不同命运

6月5日 16:12 引自:phys.org

DAVINCI+ 将发送一个直径为米的探测器,以抵御金星表面附近的高温和高压,以探索从云层上方到可能已经过去大陆的地形表面附近的大气层。在其最后几公里的自由落体下降过程中(如图所示),探测器将首次捕捉到金星最深大气层的壮观图像和化学测量结果。图片来源:CI Labs Michael Lentz 等人的 NASA GSFC 可视化

尽管地球和金星在大小和位置上都相似,但它们今天是截然不同的世界。虽然地球有海洋和丰富的生命,但金星干燥且非常荒凉。尽管它离太阳更近一些——大约是地球距离的 70%——但金星要热得多,其表面温度高到足以熔化铅。烧焦的景观被硫酸云遮蔽,它被浓稠的二氧化碳大气所窒息,其压力是地球压力的 90 多倍,这导致空气在其表面附近表现得更像流体而不是气体。


然而,科学家们认为,在更早的时间里,金星可能更像地球,一个有水海洋的世界,可能适合生命居住,可能长达数十亿年。他们假设有什么东西在金星的大气层中引起了“失控的温室”效应,从而提高了温度并使海洋蒸发。NASA 的 DAVINCI+ 任务将探索金星,以确定它是否适合居住,并了解这些相似的世界是如何以如此不同的命运结束的。

“金星是一块‘罗塞塔石碑’,用于阅读有关气候变化、宜居性演变以及行星长期失去表层海洋时会发生什么的记录,”美国宇航局戈达德太空飞行的 DAVINCI+ 首席研究员詹姆斯加文说位于马里兰州格林贝尔特的中心。“但金星是‘困难的’,因为每条线索都隐藏在巨大的不透明大气层的幕后,表面探索条件恶劣,所以我们必须聪明,把我们最好的‘科学工具’带到金星以创新的方式执行 DAVINCI+ 等任务。这就是为什么我们将我们的使命命名为“DAVINCI+”,以纪念莱昂纳多·达·芬奇 (Leonardo da Vinci) 富有启发性和远见卓识的文艺复兴思想,该思想超越了科学,与工程、技术甚至艺术相联系。

DAVINCI+ 的科学影响甚至会超越太阳系,延伸到围绕其他恒星(系外行星)运行的类金星行星,这些行星预计很常见,并将成为 NASA 即将推出的詹姆斯韦伯太空望远镜的重要目标。但这些行星可能难以解释,尤其是当它们被厚厚的金星状云团包围时。

NASA DAVINCI+ 副首席研究员 Giada Arney 说:“金星是‘我们后院的系外行星’,它可以通过提供地面真相来改进我们用来解释金星系外行星的计算机模型,从而帮助我们了解这些遥远的模拟世界。”戈达德。“但是关于金星,我们仍然不了解太多,这就是 DAVINCI+ 的用武之地。令人兴奋的是,如果金星过去适合居住,那么一些金星外行星可能也适合居住!所以 DAVINCI+ 对进化的调查金星可能有助于我们更好地了解宜居世界在宇宙其他地方的分布情况,以及宜居行星一般如何随时间演化。”

该任务,对稀有气体、化学和成像进行深大气金星调查,将由一艘航天器和一个探测器组成。该航天器将通过测量金星表面通过巨大大气逃逸到太空的热辐射来跟踪云层的运动并绘制表面成分图。探测器将穿过大气层下降,对其化学成分以及温度、压力和风进行采样。该探测器还将拍摄阿尔法区的第一张高分辨率图像,阿尔法区是一个古老的高地,面积是德克萨斯州的两倍,拥有崎岖的山脉,寻找过去地壳水影响地表物质的证据。

DAVINCI+ 使用来自行星大气上方和内部的观测来回答有关金星如何形成、演化以及可能失去其宜居性(以及过去的地表海洋)的主要问题。它的“自然垂直移动性”从大气层顶部延伸到云层,然后穿过大气层深处,到达地表上方,在那里将进行山地景观的 3D 成像和详细的化学处理。图片来源:NASA GSFC 可视化和 CI 实验室 Michael Lentz 及其同事

发射的目标是 2030 财年,在探测器下降之前两次飞越金星。飞越是研究大气环流和绘制地表成分的遥感任务的初始阶段。大约两年后,探测器将被释放,以在下降过程中对大气进行调查,下降过程将持续大约一个小时,然后降落在阿尔法区。

NASA Goddard 的 DAVINCI+ 副首席研究员 Stephanie Getty 说:“金星探索的下一步需要有能力的仪器有效载荷,它可以利用现代能力产生确定的数据集,从而改变我们对行星附近的理解。” “DAVINCI+ 使用经过验证的仪器来解决当今金星最具创新性的科学问题,我们很高兴在我们的旅程中带来一个充满活力的科学界,因为我们提供化学、地质和大气动力学数据集,这些数据集将产生下一个伟大的发现——并且下一个伟大的问题——关于金星和类似金星的世界。”

探头将包含四个仪器。其中两个——金星质谱仪(VMS)和金星可调谐激光光谱仪(VTLS)——将首次对金星大气气体的整个横截面进行完整的成分研究,寻找有关如何、何时和为什么金星的气候会发生如此巨大的变化。第三个仪器是金星大气结构调查 (VASI),它将以比任何以前的金星探测器高 10 倍(或更多)的分辨率测量从海拔约 43.5 英里(70 公里)到地表的压力、温度和风。探测器落到厚厚的云层下后,金星下降成像仪 (VenDI) 仪器将拍摄数百张阿尔法区高地的近红外图像,该团队将使用这些图像制作地形和成分图。

该航天器将配备一个仪器,即一套名为 VISOR(轨道侦察用金星成像系统)的四台相机。一台相机将对紫外线敏感,以跟踪大气中的云运动。此外,当航天器在金星的夜间一侧上空时,一套对近红外光敏感的三台相机将能够通过分析表面的近红外热辐射来识别区域尺度的表面成分。由于岩石成分会受到水的影响,这些图像将为古代海洋如何塑造金星地壳提供线索。相机套件将提供 Ishtar Terra(金星上的高纬度“大陆”,高度范围高达 6.8 英里(11 公里))的第一张组成图。

NASA Goddard 是主要的研究机构,将为任务进行项目管理,以及开发探测飞行系统的项目系统工程。Goddard 将与密歇根大学合作建造 VMS 仪器,以及 VASI 仪器的传感器系统。Goddard 还领导项目科学支持团队。

主要合作伙伴是科罗拉多州丹佛市的洛克希德马丁公司,他们将建造气壳和后壳(进入和下降系统)以将探测器带入大气并提供降落伞以将其定位到正确的下降轨迹,以及探测器载体航天器、探测器的飞越电信系统、VISOR 相机套件的飞越科学平台以及载体/轨道航天器。位于马里兰州劳雷尔的约翰霍普金斯大学应用物理实验室将提供双向前沿无线电,该任务将用于探测器和航天器之间的通信,以及 VASI 元素的科学领导。美国宇航局位于加利福尼亚州帕萨迪纳的喷气推进实验室将提供 VTLS 仪器。马林空间科学系统,圣地亚哥,加利福尼亚,将提供相机,包括 VenDI 下降相机和轨道/飞越 VISOR 套件。美国宇航局位于弗吉尼亚州汉普顿的兰利研究中心将提供进入下降系统支持,位于加利福尼亚硅谷莫菲特联邦机场的美国宇航局艾姆斯研究中心将在热保护系统和进入系统测量系统方面进行合作。亚利桑那州坦佩市的 KinetX, Inc. 将与 Goddard 和 Lockheed Martin 一起支持飞行动力学和轨迹开发。

DAVINCI+ 等探索计划级任务补充了 NASA 更大的“旗舰”行星科学探索,其目标是通过使用更少的资源和更短的开发时间启动更多更小的任务来取得出色的成果。它们由位于阿拉巴马州亨茨维尔的马歇尔太空飞行中心的行星任务计划办公室为 NASA 的行星科学部管理。这些任务由首席研究员设计和领导,他组建了一个科学家和工程师团队,以解决有关太阳系的关键科学问题。