在他1954年的小说《金星上的幸运星》中，科幻作家艾萨克·阿西莫夫设想了在我们邻近的行星上，海洋中充满了生命，还有水下城市。然而，没过多久，我们就发现了潜藏在金星厚厚云层之下的真实面貌。在上世纪六七十年代，美国和苏联的航天器在金星上发现了浓密、有毒的大气层，其中充满了二氧化碳和硫酸云。地表温度足以熔化铅，而巨大的压力则相当于地球深海的压力。
这一切都意味着金星对生命来说是极其严酷的。即便如此，这颗行星在大小、构成和位置上都与我们的地球如此相似，以至于它经常被称为地球的“双胞胎”。而且，在其遥远的过去，它可能比现在更像地球——科学家们现在相信，金星可能曾经拥有海洋和更温和的气候。
“人们并没有真正完全认识到这两颗行星有多么相似，”美国宇航局喷气推进实验室的地球物理学家苏珊·斯姆雷卡说。“我们对火星的报道很多，是的，目前它的地表温度和地球一样。但可能在其大部分演化过程中，金星都更像地球。”
尽管有这种相似性，但美国已经近30年没有向金星派遣探测任务了。斯姆雷卡和她的金星研究同仁们认为，我们是时候重返金星了。他们认为，金星可以揭示地球的历史，一个行星需要具备哪些条件才能宜居，以及我们在太阳系外发现的遥远行星是否可能具备这些条件。
“理解宇宙中生命的探索不仅涉及地球，还包括地球的‘双胞胎’，”加州大学河滨分校的行星天体物理学家斯蒂芬·凯恩说。
天壤之别
数十亿年前，金星和地球从相似的物质中相对靠近地形成。
地球最终变成了一个潮湿、温和的世界，孕育了生命。“生命要开始，你真的需要一种方法来创造气候稳定，”美国宇航局戈达德空间研究所的物理学家迈克尔·韦说。在地球上，板块构造循环着大气中的碳，使这种稳定的气候成为可能。当火山喷发时，它们会将二氧化碳从地球内部喷射出来。这种温室气体能捕获热量，使地球保持足够的温暖以维持生命。如果二氧化碳积累起来，你就会得到像金星一样的温室效应。然而，地球会慢慢地回收二氧化碳，当它溶解在雨水中，流入海洋，并被用来在地壳底部建造石灰石等碳酸盐岩。随着地球外壳板块的移动和磨损，它们将碳带回地幔。
换句话说，板块构造是地球恒温器的动力。我们行星上不断活动的陆壳还会回收磷等其他生物生存所需的营养物质。“地球的表面不断地被下方的板块移动所补充，”凯恩说。“而金星基本上只有一块板块。”
尽管现在的金星缺乏板块构造，但它在其早期历史中可能更像地球。“地球在过去至少35到40亿年里，一直非常成功地维持着相对温和的气候条件，”韦说。他表示，由于两颗行星在许多方面都很相似，这表明金星也可能在某个时候拥有稳定的气候和海洋。
事实上，有证据表明金星过去曾有水。先驱者金星号，一艘于1978年发射的美国探测器，测量了一种叫做氘的氢的同位素，也称为重氢。在地球上，这种同位素比普通氢少得多。但在金星上，与普通氢相比，氘的含量并不过分稀少，这表明大量的轻版本元素已经消失。“如果你测量这些数字有很大的差异，它就告诉你，基本上有什么东西已经从行星上逃逸了，而这个东西就是水，”韦说。
另一个线索来自于欧洲空间局于2005年发射的金星快车轨道器，它测量到逃离行星大气层的氢气量是氧气的两倍。这表明这些元素曾经以水的形式结合在一起。
韦说，目前还不清楚金星表面到底有多少水；可能覆盖整个表面的深度从几码到几百码或更多不等。为了弄清楚古老金星可能是什么样子，他和他的同事们使用了一系列计算机模型来模拟这颗行星的大气层。他们报告说，金星可能拥有一个浅海和与现代地球相似的表面温度，持续了数十亿年，直到大约7.15亿年前。
金星的自转比地球慢，这可能有助于使其更宜居。由于金星的一天非常长，太阳会加热其部分地形长达数月。“那时，‘暖空气会强有力地上升，形成一个行星规模的云层，阻挡了大部分的阳光照射’，”韦说。“这基本上可以为你提供一个保护罩，让你靠近你的母星，而不会被煮沸或蒸发掉你的海洋。”这种云层会释放出大雨，尽管它们会集中在直接面向太阳的区域。
然而，在某个时候，金星的命运与地球分道扬镳，这颗行星最终变成了一个“不宜居的地狱”，韦和他的同事们上个月在发表于arXiv的一篇论文中写道。韦说，尚不清楚这是为什么。一种可能性是，金星的海洋开始蒸发，因为这颗行星接收的太阳能比地球多。在上层大气中，阳光会分解水蒸气，产生氧气和氢气，然后逃逸到太空中。没有水来软化地壳使其能够破裂，就不会有我们所知的板块构造。随着水蒸气和二氧化碳在大气中积聚，金星会变得越来越热。
“它经历了一场失控的温室效应，现在它就 stuck 在那里了，”凯恩说。“所有的碳都在它的大气层里，它没有地方储存，因为它没有液态海洋。”
地球人，请注意
金星变成了一个灼热、有毒的地方，实际上可以让我们一窥我们自己星球的历史。
当麦哲伦号任务在20世纪90年代绕金星运行时，它拍摄了这颗行星地表的雷达图像，揭示了山脉。科学家们在12月于新奥尔良举行的美国地球物理联盟会议上报告说，这些地貌类似于地球上因地幔的缓慢搅动而引起的岩壳板块移动形成的冷却熔岩山脉和平原。类似的力量可能在金星上活跃；这颗行星的极高温度可能足以使地壳变暖，以至于小块地壳可以从地下约六到九英里处稍微分离。金星山脉周围的一些平原已经变形，这表明地壳板块最近可能一直在移动。
这并不是完全成熟的板块构造——但这可能是这个过程的第一步。斯姆雷卡说，我们对数十亿年前地球板块构造是如何开始的记录很少，所以金星上最近的活动可能提供了一些线索。
她说，我们的姐妹行星也能帮助我们了解现在的地球。早在20世纪70年代，金星就对我们发现氯氟烃——用于发胶、空调和其他产品的化学品——对臭氧层构成威胁起到了关键作用。在为金星大气层创建计算机模型时，哈佛大学和麻省理工学院的研究人员发现，氯非常善于分解像臭氧这样的氧化合物。不久，加州大学欧文分校的另一组研究人员意识到，我们向大气中排放的额外氯可能正在对地球做同样的事情。
金星也预示着我们的未来。随着时间的推移，恒星的亮度会增加。这意味着它们轨道上的行星将被更多的太阳能照射。对于一个拥有液态水和类地大气的行星来说，这意味着一张单程票前往“金星城”。“一旦你破坏了一个行星的大气层……[它]几乎就不可能修复了，”凯恩说。“金星可能是所有大气演化的最终结果。”
事实上，他表示，地球“似乎注定”最终会走上金星的老路。“地球目前处于一种微妙的平衡之中；它不会永远持续下去。”
Jekyll 还是 Hyde？
我们在发现太阳系以外的行星方面越来越擅长，包括一些大小与地球相当的行星。然而，我们无法研究这些行星的土壤或大气层，以了解它们是否可能适合生命。“我们在研究其他恒星周围的行星，至少在未来几百年内，我们永远无法到达，”凯恩说。“金星对我们来说是一个极大的警示，因为如果我们太阳系里没有金星……我们在发现其他恒星周围的地球大小的行星时，可能会更加掉以轻心，并假设它们是宜居的。”
相反，我们认识到，从远处看起来相同的两个世界，实际上可以是岩石行星中的“Jekyll与Hyde”（性格截然相反的人）。“随着我们发现新的行星，我们拥有的唯一比较依据是我们太阳系中的行星，”美国宇航局戈达德空间飞行中心的行星火山学家洛里·格雷兹说。“能够区分‘类金星’和‘类地球’将对我们未来的探索至关重要。”
金星离太阳的近距离可能是它与地球如此不同的主要原因。但可能还有其他更微妙的因素在起作用，比如金星缺乏强大的磁场。“我们需要考虑到这些因素，因为这可能意味着在我们发现的其他恒星周围的行星中，隐藏着‘邪恶的金星’，”凯恩说。另一方面，如果金星的慢自转速率曾经帮助它维持宜居条件，那么测量系外行星的自转速度也会很有意义。
“我们太阳系中有一次巨大的宇宙巧合：两颗行星在大小上如此相似，在太阳系中相邻，但它们在宜居性方面却处于光谱的两端，”斯姆雷卡说。“如果你真的想了解什么能使一个行星宜居，那么真正的大问题是，为什么金星和地球如此不同？”
计划一次访问
尽管金星是离我们最近的邻居，但我们对它还有很多不了解的地方。
这颗行星厚厚的云层使其难以观测，尽管麦哲伦号和金星快车号等任务已经拍摄了地表的雷达和红外图像。这些照片揭示了另一个挑战：金星的表面并不是布满了密集的陨石坑，这表明它的存在时间不足以被撞击出很多痕迹。“在过去十亿年里，甚至可能在更短的时间里，金星的表面已经完全重塑，”斯姆雷卡说。也许是因为这颗行星缺乏板块构造，热量会周期性地在地壳下积聚，直到地表被熔化。因此，关于金星古代表面是什么样子的许多证据都已经消失了。
还有这样一个事实，金星的极端条件会在几小时内摧毁任何着陆器。“这是一个非常艰难的探测地点，成本高昂且风险很大，”韦说。“火星更容易处理。”
这意味着为金星争取资金比为红色星球争取资金要困难。“成功带来成功，”斯姆雷卡说。“如果你在火星上发现了令人兴奋的发现，你就会想继续跟进，而我们去金星探测器已经过去很长时间了，所以很难克服这个障碍。”
不过，格雷兹说，“对金星探索的支持正在日益高涨。”由日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）发射的“晓”（Akatsuki）号轨道器目前正在收集有关金星气候的信息。去年，美国宇航局的科学家提出了两个任务，将探测器直接送入这颗行星的大气层。该机构没有选择其中任何一个进入其新前沿计划，但斯姆雷卡、格雷兹和他们的同事们并未因此气馁。
斯姆雷卡将领导金星起源探测器（VOX）任务，以调查现在的金星是如何运行的。它将使用一个轨道器来绘制行星地貌图，并用一个探测器来采样其大气层的气体。斯姆雷卡和她的同事们将研究的一个问题是，金星的陨石坑是否被熔岩流掩埋，这将是近期地质活动的一个迹象。他们还会寻找活跃火山活动的化学特征，例如熔岩流暴露在大气中形成的新矿物的薄层。
由格雷兹领导的另一个任务——名为金星原位成分探测（VICI）——获得了资助，以打磨其技术以便未来参加竞赛。它将派遣两个着陆器前往比金星其他地表更古老的や高原。这些地貌可能类似于地球的大陆，它们是由不同类型的岩石构成的，与海洋地壳不同。VICI将向这些岩石发射激光，汽化一小部分物质，然后测量所产生的等离子体和未汽化岩石中的矿物质。如果金星的高原与其他地表成分不同，这可能意味着水参与了它们的形成。
在该任务期间，航天器还将测量氪和氙等气体。“一旦行星形成时，这些气体被引入大气层，就很难改变或去除它们，”格雷兹说。“它们就像大气层中的小化石一样存在，告诉我们金星大气层的原始构成。”
她和她的同事们已经建造了一个全尺寸的着陆器原型，并在地球上测试了它的着陆能力。该飞行器直径约14英尺，具有蹲伏的稳定器，类似于蜘蛛腿，使其不易倾倒。
格雷兹和她的团队对金星严酷的条件毫不畏惧。“我们将东西送入更深的海底，[承受]比金星表面更大的压力，”她说。而且任务的大部分关键测量都可以在两小时内完成——所以到金星灼热的温度熔化着陆器的电子设备时，它们很可能已经完成了任务。
“探索金星当然很难，但也不是说40年前就没做过，”斯姆雷卡说。自上个世纪的 Venera、Vega 和先驱者金星号任务以来，我们没有向金星有毒的天空中派过探测器。然而，为了了解我们在遥远地方发现的系外行星的情况，我们需要进行一次邻近的旅行。“重返金星是极其重要的，”格雷兹说。
