NASA的帕克太阳探测器首次从太空拍摄了金星表面的可见光图像。

金星的表面被厚厚的云层笼罩,通常看不见。但在最近两次飞越金星时,帕克使用其广角成像仪或 WISPR,以可见光谱的波长(人眼可以看到的光的类型)对整个夜面进行成像,并延伸到近红外波段。

这些图像结合成一段视频,揭示了从金星表面发出的微弱辉光,显示了大陆地区、平原和高原等独特特征。在这颗行星周围的大气中也可以看到一个由氧气组成的发光光晕。

“我们对帕克太阳探测器迄今为止提供的科学见解感到兴奋。”NASA总部太阳物理部门主任尼古拉·福克斯说。“帕克的表现继续超出我们的预期,我们很高兴在我们的重力辅助机动过程中获得的这些新观测结果能够以意想不到的方式帮助推进金星研究。”

这颗行星通常被称为地球的孪生兄弟,它的这些图像可以帮助科学家更多地了解金星的表面地质情况,那里可能存在什么矿物质,以及这颗行星的演化。考虑到行星之间的相似性,这些信息可以帮助科学家理解为什么金星变得不适宜居住,而地球变成了绿洲。

“金星是天空中第三亮的天体,但直到最近,我们还没有太多关于金星表面的信息,因为我们的视线被厚厚的大气层挡住了。”这项新研究的主要作者、华盛顿海军研究实验室的物理学家布莱恩·伍德说。“现在,我们终于第一次从太空中看到了金星可见光波段的表面。”

NASA的帕克太阳探测器已经从太空拍摄了金星表面的第一张可见光图像。
影像来源:NASA’s Goddard Space Flight Center/Joy Ng

意想不到的能力

2020年7月,帕克第三次飞越金星时拍摄了第一张WISPR金星图像,航天器利用这一飞越使其轨道更接近太阳。WISPR的设计目的是观察太阳大气和风中的微弱特征,一些科学家认为,他们可能可以使用WISPR来拍摄帕克飞越金星时遮住金星的云层顶部。

“我们的目的是测量云层的速度。”WISPR项目科学家安杰洛斯·沃利达斯说,他是这篇新论文的合著者,也是约翰霍普金斯大学应用物理实验室的研究员。

但WISPR不仅能看到云层,还能看到金星表面。这些照片如此惊人,以至于科学家们在2021年2月第四次飞越时再次打开了摄像机。在2021年的飞越期间,航天器的轨道和金星完美地排列在一起,WISPR可以完整地拍摄金星的背面。

伍德说:“这些图片和视频让我震惊。”

当帕克太阳探测器第四次飞越金星时,它的WISPR仪器捕捉到了这些图像,并将其串成视频,显示了金星的夜面。
影像来源:NASA/APL/NRL

云层阻挡了大部分来自金星表面的可见光,但波长最长的可见光(接近红外波长)却能穿透云层。在白天,这种红光在金星云层顶部反射的明亮阳光中消失了,但在黑夜中,WISPR相机能够拍摄到这种由表面散发出的的热量引起的微弱光芒的令人难以置信的图像。

“金星的表面,即使在夜间,也大约是 860度,”伍德说。“它的温度如此之高,以至于金星的岩石表面明显在发光,就像一块从锻炉拉出来的铁。”

当帕克飞越金星时,WISPR接收到从470纳米到800纳米的波长范围。其中一些光是近红外光(我们看不到的波长,但可以感知为热),还有一些在可见光范围内,波长介于380纳米到750纳米之间。

金星的新光芒

1975年,金星9号着陆器在金星着陆后首次发回了金星表面诱人的一瞥。从那以后,雷达和红外仪器进一步揭示了金星的表面,这些仪器可以通过人眼看不见的光的波长透过厚厚的云层进行窥视。NASA的麦哲伦任务在20世纪90年代使用雷达绘制了第一张地图,JAXA的赤月号航天器在2016年到达金星轨道后收集了红外图像。帕克的新图像进一步证实了这些发现,将观测范围扩大到我们所能看到的边缘的红色波长。

WISPR图像显示了金星表面的特征,如大陆区域阿佛洛狄特地、特拉斯地区高原和艾诺平原。由于高海拔地区比低海拔地区要冷85华氏度左右,它们在明亮的低地中以黑色斑块的形式出现。这些特征也可以在以前的雷达图像中看到,比如麦哲伦拍摄的那些。


在WISPR图像(上)中看到的表面特征与在麦哲伦任务(下)中看到的特征相匹配。
影像来源:NASA/APL/NRL(上), Magellan Team/JPL/USGS(下)

除了观察表面特征,新的WISPR图像将帮助科学家更好地了解金星的地质和矿物构成。加热时,材料会发出独特波长的光。通过将新图像与以前的图像相结合,科学家们现在有了更广泛的波长范围来研究,这可以帮助确定金星表面有哪些矿物质。这种技术以前曾被用于研究月球表面。未来的任务将继续扩大这一波长范围,这将有助于我们对宜居行星的了解。

这些信息也可以帮助科学家了解地球的演化。虽然金星、地球和火星都是在同一时期形成的,但它们今天却大不相同。火星上的大气层只是地球大气层的一小部分,而金星的大气层要厚得多。科学家们怀疑火山活动在金星稠密的大气形成过程中起到了一定作用,,但需要更多的数据来了解其原因。新的WISPR图像可能为火山如何影响金星大气层提供线索。

除了表面发光,新图像还显示,在金星边缘有一个明亮的环,这是由氧原子在大气中发出的光造成的。这种光被称为气辉,它也存在于地球的大气层中,从太空中可以看到,有时晚上从地面上也可以看到。

飞越科学

虽然帕克太阳探测器的主要目标是太阳科学,但金星的飞越提供了令人兴奋的额外数据的机会,这是该任务发射时所没有预料到的。

WISPR还拍摄了金星轨道尘埃环的图像(金星绕太阳轨道上散布着微观粒子的环形环形轨道),FIELDS仪器对金星大气中的无线电波进行了直接测量,帮助科学家了解在太阳活动的11年周期中上层大气是如何变化的。

2021年12月,研究人员发表了关于发现彗星状尾部等离子体的新发现,这一现象被称为“尾部射线”。新的研究结果显示,这条粒子尾巴从金星大气层向外延伸了近5000英里。这条尾巴可能是金星的水如何从这颗行星逃逸出来的,造成了它目前的干燥和不适宜居住的环境。

虽然接下来两次飞越可能无法让帕克拍摄到金星的夜景,但科学家们将继续使用帕克的其他仪器来研究金星的太空环境。2024年11月,该航天器将有最后一次机会在其第七次也是最后一次飞越金星表面时拍摄照片。

金星研究的未来

帕克太阳探测器由位于马里兰州劳雷尔的约翰·霍普金斯应用物理实验室建造和运营,它并不是第一个收集飞越金星的额外数据的任务,但它最近的成功激励了其他任务在经过金星时打开他们的仪器。除了帕克之外,欧洲航天局的贝皮科伦坡任务以及欧洲航天局和NASA的太阳轨道飞行器任务已经决定在未来几年的飞越期间收集数据。

随着NASA的DAVINCI和VERITAS任务以及ESA的EnVision任务,更多的航天器将在本十年末飞往金星。这些任务将有助于对金星的大气层进行成像和采样,并用红外波长以更高的分辨率重新绘制金星表面。这些信息将有助于科学家确定金星表面的矿物组成,并更好地了解金星的地质历史。

“通过研究金星的表面和大气层,我们希望即将到来的任务将有助于科学家了解金星的演变,以及是什么导致金星今天不适合居住。”NASA总部行星科学部主任洛里·格莱茨说。“虽然DAVINCI和VERITAS都将主要使用近红外成像,但帕克的结果显示了对广泛波长进行成像的价值。”

参考来源:

https://www.nasa.gov/feature/goddard/2022/sun/parker-solar-probe-captures-its-first-images-of-venus-surface-in-visible-light-confirmed

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