金星仍可能喷发熔岩,科学家们正极力证明这一点

金星有活火山吗?古老的麦哲伦任务的雷达图像为这场辩论增添了新的动力。
Venus volcano in NASA Magellan spacecraft radar image
1991 年麦哲伦任务拍摄的金星麦特蒙斯火山的雷达图像。对探测器后续图像的比较显示其发生了变化,这可能归因于火山活动。NASA/JPL-Caltech

金星是一个炽热的地狱。其地表温度足以熔化铅。其地表压力,是地球海平面压力的 75 倍,足以压碎最坚硬的金属物体。硫酸雨从其大气中污浊的云层中落下,遮蔽了天空最微弱的一丝光芒。

在一个典型的地狱般的景象中,你可能会期待发现熔岩——但这一元素似乎在今天的金星上已经消失了。天文学家们确信,我们的双行星过去曾经有过火山活动,但他们从未就火山是否仍在喷发并重塑金星表面如同地球上一样达成一致。

现在,两位行星科学家可能在来自美国宇航局的麦哲伦航天器的 30 年前的雷达扫描中发现了金星上活跃火山的第一个证据。阿拉斯加大学费尔班克斯分校的Robert Herrick 和美国宇航局喷气推进实验室的Scott Hensley 于 3 月 15 日在《科学》杂志上发表了他们的突破性研究。这项新分析令行星科学家们兴奋不已,许多人现在正在等待未来的任务继续进行火山搜寻。

“这项[研究]是首次报道的关于另一个行星上活跃火山活动的证据,”马萨诸塞州霍利奥克学院的天文学家Darby Dyar 说,他不是该论文的作者。

浓密的金星云层会遮蔽轨道探测器对任何火山活动的观测。经过特殊调校的仪器当然可以穿透云层,但金星上多变的天气往往会使探测器的寿命太短,无法完全探索地表。在 20 世纪 60 年代、70 年代和 80 年代的苏联金星着陆器中,没有一个的寿命超过两个小时。

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麦哲伦改变了这一点。该探测器于 1989 年发射,配备了当时技术所能提供的最精密的雷达,麦哲伦以城市街区分辨率绘制了金星的大部分地图。在探测器的图表中,科学家们发现了巨大火山、过去的熔岩流和熔岩形成的穹顶的证据——但没有活火山活动的“确凿证据”(或喷发中的火山口)。

在 NASA 将其撞入金星大气层之前,麦哲伦在 1990 年至 1993 年间对金星进行了三次不同的测绘,每次覆盖一块不同的区域。在此过程中,探测器对大约 40% 的行星进行了多次扫描。如果金星的地形在两次扫描之间发生了变化,今天的科学家们就可以通过比较不同的雷达图像并发现差异来找到它。

但 20 世纪 90 年代初的研究人员并没有像他们现在的同行那样拥有先进的软件和图像分析工具。如果当时他们想比较麦哲伦的地图,他们就必须手动进行,用肉眼比较打印出来的图片。因此,Herrick 和 Hensley 使用更先进的计算机重新分析了麦哲伦的数据。他们发现,除了模糊之外,探测器经常从不同角度扫描同一特征,这使得区分实际变化与阴影等因素变得困难。

“为了检测地表的变化,我们需要一个相当大的事件,一些能扰动超过一平方公里区域的事件,”Hensley 说。

最终,Herrick 和 Hensley 找到了他们的“确凿证据”:在一个名为麦特蒙斯的先前已知的山体上,有一个宽一英里多的喷口。在 1991 年 2 月拍摄的麦哲伦雷达图像和大约八个月后拍摄的另一张图像之间,这个喷口似乎改变了形状,熔岩正沿着附近的斜坡流淌。

为了再次核实,Herrick 和 Hensley 根据麦哲伦发现的特征形状,构建了火山喷口的模拟。他们的结果与麦哲伦的发现一致:一个潜在的火山正在将熔岩喷涌到金星表面。

还有其他证据支持他们的激进发现。2012 年,欧洲空间局的金星快车任务探测到了该行星大气中二氧化硫的激增,一些科学家认为这是火山喷发造成的。2020 年,地质学家识别出 37 个可能仍有来自金星地幔的岩浆羽流接触其表面的地点。但到目前为止,证据都只是间接的,天文学家们从未真正“目睹”过“启明星”上的火山活动

幸运的是,对于金星爱好者来说,很快就会有大量新数据可供使用了。NASA 的麦哲伦后续任务VERITAS 探测器原定于 2028 年发射,但由于资金问题,现已推迟到 2030 年代初。当它最终到达金星时,火山将是其观测列表上的首要项目。

“我们将以两种不同的方式寻找[火山],”Dyar 说,她也是 VERITAS 的副首席研究员。该航天器将进行多次飞掠,以 100 倍于麦哲伦仪器的分辨率再次绘制金星的整个表面地图(就像从城市街区放大到一栋建筑)。如果金星上有火山喷发,VERITAS 可能会帮助科学家发现它们在地貌上留下的变化。

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此外,VERITAS 将检查金星大气层,寻找火山喷发时释放出的流体,科学家称之为挥发物。例如,水蒸气就是最显著的火山挥发物之一。2020 年引起人们对金星生命猜想的磷化氢也属于这一类分子。(事实上,一些专家试图通过火山来解释它们的出现)。

VERITAS 并不是未来十年将抵达地球“地狱双星”的唯一任务。欧洲空间局的EnVision——计划于 2031 年发射——将像 VERITAS 一样绘制金星地图,但具有更高的分辨率

Herrick,他也参与了这两项任务,他说:“VERITAS 和 EnVision 将拥有远超麦哲伦的能力,能够在其任务期间以多种方式观察随时间的变化。”这两项任务不仅会生成多幅高分辨率扫描图像供科学家们相互比较,而且结果还可以与麦哲伦的古老地图进行佐证,届时这些地图将已有 40 年的历史。

“当我们获得高分辨率的图像时,”Dyar 说,“我认为我们将会在金星各地发现活跃的火山活动。”

 

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Rahul Rao

特约撰稿人,科学

Rahul Rao 自2021年初以来一直是《科学美国人》的实习生和特约科学作家。他报道物理学、太空、技术以及它们之间的交叉领域以及其他一切。


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