美国宇航局将探索地球神秘双胞胎与戈达德的达芬奇+的不同命运


“DAVINCI+”将发射一个直径一米的探测器,以应对金星表面附近的高温和高压,探索从云层上方到可能曾经是一个大陆的地表附近的大气层。在最后几公里的自由落体过程中(如图所示),探测器将首次捕捉到壮观的图像,并对金星最深的大气层进行化学测量。来自CI实验室的Michael Lentz和其他人的NASA GSFC可视化

虽然地球和金星在大小和位置上都很相似,但它们现在是完全不同的世界。虽然地球上有海洋和丰富的生命,金星是干燥的,非常不适合居住。

虽然金星离太阳更近一些——大约是地球距离的70%——但金星要热得多,其表面的温度高到足以融化铅。这片焦黑的土地被硫酸云遮住了,它被一层以二氧化碳为主的厚重大气所笼罩,其压力超过地球的90倍,这使得其表面的空气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,一个有水的海洋的世界,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造成了“失控的温室效应”,使金星的温度升高并使其海洋蒸发。NASA的“DAVINCI+”任务将探索金星,以确定它是否适宜居住,并了解这两个类似的世界为何最终会有如此不同的命运。

“金星就像一块‘罗塞塔石像’,用来记录气候变化、可居住性的演变,以及当一颗行星失去长时间的表面海洋时会发生什么。”James Garvin说,他是位于马里兰州格林贝尔特的NASA戈达德太空飞行中心DAVINCI+项目的首席研究员。“但是金星是‘坚硬的’,因为所有线索都隐藏在巨大的不透明的大气层之下,不适合进行表面探索,所以我们必须聪明一些,用创新的方式把我们最好的‘科学工具’带到金星上,像‘达芬奇+’这样的任务。这就是为什么我们将我们的任务命名为‘达芬奇+’,以列奥纳多·达·芬奇文艺复兴时期富有灵感和远见的思想命名,这些思想超越了科学,与工程、技术甚至艺术联系在一起。”

“DAVINCI+”的科学影响甚至会超越太阳系,到达环绕其他恒星(系外行星)的类金星行星,这些行星被认为是常见的,也将是NASA即将推出的詹姆斯·韦伯太空望远镜的重要目标。但是这些行星可能很难解释,特别是如果它们被像金星一样的厚云层包裹着。

“金星是‘我们后院的系外行星’,它可以帮助我们了解这些遥远的模拟世界,通过提供地面真相来改进我们将用来解释系外行星的计算机模型,”美国宇航局戈达德中心DAVINCI+项目的副首席研究员Giada Arney说。“但关于金星,我们还有很多不了解的地方,这就是‘达芬奇+’的由来。”令人兴奋的是,如果金星过去是宜居的,那么一些太阳系外的行星也可能是宜居的!因此,DAVINCI+对金星演化的调查可以帮助我们更好地理解宇宙中其他地方的宜居世界是如何分布的,以及一般意义上的宜居行星是如何随时间演化的。”

此次任务名为“金星深大气层惰性气体调查”、“化学”和“成像+”,将由一艘航天器和一个探测器组成。该航天器将跟踪云团的运动,并通过测量金星表面通过巨大的大气层逃逸到太空的热发射来绘制表面组成图。探测器将通过大气层下降,对其化学成分以及温度、压力和风进行采样。探测器还将第一次拍摄阿尔法地区的高分辨率图像,寻找过去地壳水影响地表物质的证据。阿尔法地区是一个古老的高地,面积是德克萨斯州的两倍,群山起伏。

发射目标是在2030年,在探测器下降之前将两次飞越金星。这些飞越是研究大气环流和绘制地表组成图的遥感任务的初始阶段。大约两年后,探测器将被释放,在降落过程中进行大气调查,该降落过程将持续大约一个小时,然后在阿尔法地区着陆。

NASA Goddard的DAVINCI+项目副首席研究员Stephanie Getty表示:“金星探索的下一步需要一个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,从而改变我们对我们的行星邻居的理解。”“今天,DAVINCI+使用经过验证的仪器来解决金星上最具创新性的科学问题,我们很高兴能带着一个充满活力的科学界踏上我们的旅程,因为我们提供了化学、地质、大气动力学数据集将产生关于金星和类似金星的世界的下一个重大发现和下一个重大问题。”

探测器将包含四个仪器。其中两台——金星质谱仪(VMS)和金星可调谐激光光谱仪(VTLS)——将对金星大气气体的整个横切面进行首次完整的成分研究,寻找金星气候变化如此剧烈的原因、何时以及如何发生的线索。

第三个仪器,金星大气结构调查(VASI),将测量海拔约43.5英里(70公里)到金星表面的压力、温度和风,分辨率是以往任何一个金星探测器的10倍(或更多)。当探测器降落到厚厚的云层之下后,金星降落成像仪(VenDI)将拍摄数百张阿尔法地区高地的近红外图像,该团队将利用这些图像绘制地形和构成地图。这些图像将以典型的登陆器(近地表)的高分辨率显示金星独特的景观。

该航天器将有一个仪器,一套四个摄像机称为VISOR(金星轨道侦察成像系统)。其中一个摄像头将对紫外线敏感,以跟踪云层在大气中的运动。此外,当探测器在金星的夜面上空时,一套由三个对近红外光敏感的摄像机将能够通过分析近红外光从金星表面散发的热量来识别区域尺度上的表面成分。

由于岩石的组成会受到水的影响,这些图像将为古代海洋如何塑造金星地壳提供线索。这套相机套件将提供第一张伊什塔尔Terra的组成地图,伊什塔尔Terra是金星上的高纬度“大陆”,其高度范围高达6.8英里(11公里)。伊师塔可能是金星上一种板块构造的最后一种表现,这种构造在大约10亿年前海洋消散时就停止了。

NASA Goddard是主要研究机构,将为任务执行项目管理,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。戈达德还领导着这个项目的科学支持团队。

主要贸易伙伴洛克希德·马丁公司,科罗拉多州的丹佛市,谁将构建减速伞和backshell(条目和降落系统)进行探测到大气中提供位置的降落伞到适当的下降轨迹,以及探针载体航天器,飞越电信系统的调查,为VISOR相机套件提供的飞越科学平台,以及运载/轨道航天器。

位于马里兰州劳雷尔市的约翰·霍普金斯大学应用物理实验室将提供用于探测器和航天器之间通信的双向前沿无线电,以及VASI元件的科学领导。NASA位于加州帕萨迪纳市的喷气推进实验室将提供虚拟带库设备。位于加利福尼亚州圣地亚哥的马林空间科学系统公司将提供摄像机,包括VenDI下降摄像机和轨道/飞越VISOR套件。位于弗吉尼亚州汉普顿市的NASA兰利研究中心将提供入门-下降系统支持,位于加州硅谷莫菲特联邦机场的NASA艾姆斯研究中心将在热防护系统和入门系统测量系统方面进行合作。位于亚利桑那州坦佩的KinetX公司将与戈达德公司和洛克希德·马丁公司共同支持飞行动力学和轨迹开发。

像DAVINCI+这样的发现计划级任务是NASA更大的“旗舰”行星科学探索的补充,其目标是用更少的资源和更短的开发时间发射更多的小型任务,以取得显著的成果。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项目办公室管理,由NASA的行星科学部管理。这些任务由一位首席研究员设计和领导,他组织了一个由科学家和工程师组成的团队,来解决有关太阳系的关键科学问题。

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