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绕行金星的日本破晓号太空船目击一道闪光 可能为金星闪电之谜画下句号

我们可以从日本破晓号太空船所拍摄的金星紫外线假色影像中,看到金星云层的模样。 PHOTOGRAPH BY JAXA/PLANET-C PROJECT TEAM

我们可以从日本破晓号太空船所拍摄的金星紫外线假色影像中,看到金星云层的模样。 PHOTOGRAPH BY JAXA/PLANET-C PROJECT TEAM

(神秘的地球uux.cn报道)据美国国家地理(撰文:ROBIN GEORGE ANDREWS 编译:邱彦纶):绕行金星的太空船目击一道闪光,可能为长达40年的求知之旅画下句号。

2020年3月1日,人类唯一一艘绕着金星飞行的太空船──日本的破晓号(Akatsuki)──在这颗行星的天空中看到一道神秘的闪光。这道闪光为长达40年的探索之旅提供了相当关键的证据,或许能够解决金星长久以来令人困惑的难题:在这个云雾笼罩的行星上,是否会发生闪电呢?

太阳系里到处都有闪电。太空船曾在木星、土星和天王星的云层中探测到闪电的踪迹。诺姆.伊森伯格(Noam Izenberg)是约翰霍普金斯大学的行星地质学家,同时也是金星探勘分析小组(Venus Exploration Analysis Group)的副主席,他表示:「我们认为在金星的浓厚云层中也有闪电存在」。

在去年的美国地球物理联合会(American Geophysical Union)上,北海道大学的行星科学家高桥幸弘(Yukihiro Takahashi)表示,目击金星闪光的破晓号太空船「Akatsuki」,在日文中的意思为「黎明」之意。高桥的研究小组怀疑这可能是次比地球闪电还要强上十倍的闪电,或是有颗大流星在金星大气层中爆炸。

这艘太空船上用来监测金星云层的「闪电和气辉相机」(Lightning and Airglow Camera)已经观测了五年,现在才终于发现第一道闪光。这很有可能是来自金星闪电的讯号,但该团队目前仍在分析数据,在研究结果通过审查正式发表之前,研究人员一直拒绝谈论这项研究。

高桥在演讲中表示:「金星是否有闪电存在的争议,已经持续了好几十年。」

其实先前就已经有些金星闪电的可能证据,像是太空船测量到的电磁脉冲,或是从地球观测到的金星表面光点。但每次都有科学家质疑讯号是否真的来自闪电,或是有其他来源,像是称为宇宙射线(cosmic ray)的深太空粒子闪光,或科学仪器本身的杂讯。

为了确定最近这次闪光的原因,天文学家希望能够观测到另一道闪光。并未参与这项新研究的伊森伯格表示:「这很有趣,他们正努力排除其他因素。」但是「空谈不如实证,再度侦测才能见真章。」

如果这道闪光真的是来自闪电,那么这项发现将是破解金星浓厚云层神秘本质的重要一步──包括为这种环境是否能够维持生命提供线索。牛津大学的行星科学家柯林.威尔森(Colin Wilson)表示:「闪电可以分解原子,并提供自由基,重组形成预料之外的分子。」

漩涡中的哨声

近半个世纪以来,科学家一直在寻找金星上的闪电,藉由望远镜搜索并监测太空船是否记录到可疑的电磁嘶嘶声。美国航太总署(NASA)卡西尼号(Cassini)太空船能够轻易探测到地球上的闪电,它在前往土星途中,曾于1990年代后期两度飞掠金星,但当时并没有记录到任何的闪光现象。

但在更早之前,就已经有关于金星闪电的线索。苏联曾在1960年代至1980年代之间发射金星号(Venera)登陆器,其中有部分曾在磁场与声感测器上记录到可疑的讯号。美国的先锋号金星轨道器(Pioneer Venus Orbiter)也曾在1980年代侦测到高能爆发,而伽利略号(Galileo)探测器所携带的无线电装置也在前往木星途中,于1990年飞掠金星时记录到相同的现象。 1990年代中期,也曾有地面望远镜在金星上观测到几个微弱的光点。

英国布里斯托尔大学的物理学家凯伦.阿普林(Karen Aplin)说:「没有一个讯号让人完全信服。整体来说,很难排除其他解释的可能性。」

欧洲太空总署(ESA)的金星快车号(Venus Express)太空船曾于2006年到2015年绕行金星旋转,记录到不少来自金星的「口哨模式」无线电波。在地球上,这种讯号是在第一次世界大战期间由无线电营运公司命名,他们在广播中听到像是口哨的声音,担忧可能是飞来的手榴弹,后来发现口哨声可能是由闪电产生。

但是,「口哨模式的无线电波可能是由大气中任何形式的不稳定性或扰动所产生,」加州大学柏克莱分校行星物理学家夏侬.柯瑞(Shannon Curry)如此表示。我们经常发现金星和火星发出这种讯号,这些讯号可能来自难以捉摸的闪电,但天文学家仍无法下断言。

眼见为凭

大部分以光学搜寻闪电的方法──也就是寻找可见闪光──都没有结果。根据威尔森的说法,有种可能性是「闪电的来源低于云层顶部,这表示无线电波会向外发散,但很多光线却被阻挡住了。」

破晓号太空船可以搜寻逃出金星云层的微弱闪光。但由于这艘太空船在2010年发生引擎故障的意外,没有进入金星轨道。只得在太阳系内转圈,并于2015年再度尝试。虽然破晓号再度尝试时成功地进入了金星轨道,但它只能屈身于狭长的轨道中,这使得太空船在大部分时间内都离金星相当遥远。

但破晓号在五年后发现了闪光。 「我很讶异他们没再度观测到闪光,」柯瑞表示:「只看到到一次让我觉得很困扰。」闪电理应成群出现的,但是她「愿意相信这个发现。」

闪光看起来似乎不是由宇宙射线所产生的,虽然破晓号团队相信这可能是颗火流星──流星在大气层中爆炸发出明亮的闪光。但根据我们所知道的火流星撞击行星的频率来说,破晓号要恰巧观测到火流星的机率非常低。

目前,最可能的解释是闪电。

加州大学洛杉矶分校的研究生里奇.哈特(Ricky Hart)正研究这些可能来自闪电的金星讯号,他表示:「独立的仪器误差恰好看起来像是真实的讯号,这样的巧合让人难以置信。」他认为这道闪光「大力支持金星上有闪电的说法。」

藏在浓厚外星云层中的谜团

如果这道闪光真的是闪电,那造成闪电的原因是什么呢?寻找解答的天文学家相信这可能会改变我们对金星天空的认识。

阿普林表示,金星的硫酸云层在太阳系中独一无二,因此传统的闪电生成模型在金星上并不适用。但有个问题,科学家相信硫酸云层的导电性相对较好,这可能会阻止电流在同一处累积到足以触发闪电生成。

地球的云层会藉由对流将带电的水滴和冰晶分离开──较暖的云层上升,而较冷的云层下沉──因而导致闪电。北卡罗莱纳州立大学的行星科学家保罗.伯恩(Paul Byrne)表示,但我们仍不清楚在金星云层垂直混合的程度。而且破晓号无法分辨闪光发生的高度,因此如果这道闪光是闪电,那么它可能来自高空大气到下方深数十公里的主要云层之间的任何地方。

另一种可能性是金星上的闪电是因为火山爆发所引起。虽然我们目前仍未穿越金星浓厚的云层,直接观测到火山喷发的情形,但间接证据已让许多行星科学家确信火山喷发仍持续发生。喷发事件会产生充满灰烬和处于激发态的烟羽,可能会导致闪电生成。

不管这次的侦测是真是假,行星科学家将继续寻找更多的闪光,渴望知道闪电的炼金魔法是否正在金星上大展身手。

「闪电这种过程具有超凡的魅力,它很活跃,」 伊森伯格表示,这「可能是金星上「前生命化学」(prebiotic chemistry)的潜在推动力之一」。这表示能量的爆发可以将生命所需的分子拉拢在一起,如果这个过程发生在大气中温暖有水、又有阳光照射的区域,那或许能为光合微生物打造可能的避风港。

闪电也可能是造成膦(phosphine)这种气体的原因,最近科学家在金星上发现了这种化合物(不过有些专家质疑侦测是否属实)。而在地球上,这种气体是由微生物产生的。如果这种气体确实存在于金星云层之中,那么部分可能来自闪电与大气的相互作用。

柯瑞说,地面望远镜和破晓号的再度观测还有一段很长的路要走,才能说服科学社群相信闪电的真实性。伯恩表示,但在人类向金星发射新的太空任务,以穿越大气层或在飞近云顶之前,闪电的存在可能仍是个悬而未决的难题。

我们对金星的了解出奇地少,金星的大小和组成与地球相仿,但演化上却天差地远。伊森贝格说,这道闪光「让我们有了另一个重返金星的理由。」




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