研究終于發(fā)現(xiàn)金星上的一座活火山 _金星

基于麥哲倫雷達數(shù)據(jù)拍攝的金星上馬阿特蒙斯的透視圖。Credit: NASA/JPL
據(jù)美國物理學(xué)家組織網(wǎng)（by David Rothery, The Conversation）：金星的大小、質(zhì)量和密度幾乎與地球相同。因此，它應(yīng)該以與地球相同的速度在其內(nèi)部產(chǎn)生熱量(通過放射性元素的衰變) 。在地球上，熱量泄漏的主要方式之一是通過火山爆發(fā) 。平均每年至少有50座火山爆發(fā) 。
但是，盡管我們已經(jīng)觀察了幾十年，直到現(xiàn)在，我們還沒有看到金星上火山爆發(fā)的清晰跡象。阿拉斯加大學(xué)費爾班克斯分校的地球物理學(xué)家羅伯特·赫里克進行了一項新的研究，他在休斯頓的月球和行星科學(xué)會議上報告了這項研究，并發(fā)表在《科學(xué)》雜志上，這項研究最終發(fā)現(xiàn)了金星上的一座火山。
研究金星的表面并不簡單，因為它有一個稠密的大氣層，包括45-65公里高度的完整云層，這對大多數(shù)波長的輻射都是不透明的，包括可見光。從云層上方獲得地面詳細(xì)視圖的唯一方法是通過軌道航天器向下發(fā)射的雷達。
一種被稱為孔徑合成的技術(shù)被用于構(gòu)建表面的圖像。這結(jié)合了從地面反彈回來的雷達回波的不同強度——包括傳輸和接收之間的時間延遲，加上頻率的輕微變化，對應(yīng)于航天器是靠近還是遠離特定回波的來源。由此產(chǎn)生的圖像看起來很像黑白照片，只是較亮的區(qū)域通常對應(yīng)于較粗糙的表面，較暗的區(qū)域?qū)?yīng)于較光滑的表面。

2016年12月，日本曉號宇宙飛船在紫外光下看到的金星。看不到表面。Credit: ISAS/JAXA
美國宇航局的麥哲倫探測器從1990年8月到1994年10月圍繞金星飛行，并使用這種雷達技術(shù)以最高約100米的空間分辨率繪制了這顆行星的表面。它表明超過80%的表面被熔巖流覆蓋，但最近最年輕的熔巖流是如何爆發(fā)的，以及今天是否會繼續(xù)爆發(fā)，在接下來的三十年里仍然是一個謎。
有各種各樣的跡象表明，宇宙飛船窺視著云層，有時還穿過云層——這表明那里的巖石如此年輕，以至于它們的礦物質(zhì)尚未因與酸性大氣的反應(yīng)而改變，新噴發(fā)的熔巖也是如此。還探測到了可能與活躍熔巖流相對應(yīng)的熱異常，大氣中二氧化硫濃度的暫時局部波動也是如此——這是火山爆發(fā)的另一個潛在跡象。但是這些都不完全令人信服。
發(fā)現(xiàn)火山噴口

140公里寬的麥哲倫雷達金星圖像顯示熔巖流(明亮，因為它們是粗糙的)已經(jīng)開始侵占一個古老的撞擊坑。Credit: NASA/JPL
這項新的研究現(xiàn)在似乎已經(jīng)解決了這個問題，揭示了地表的變化確實是火山活動的結(jié)果。作者花了數(shù)百個小時比較麥哲倫雷達拍攝的金星部分圖像，這些圖像已經(jīng)拍攝了不止一次，以尋找表面新的或變化的特征。
他們把注意力集中在最有希望的火山地區(qū)，最終發(fā)現(xiàn)了一個例子， 1991年10月記錄的圖像細(xì)節(jié)與同年2月的圖像細(xì)節(jié)不同。他們所看到的變化最好解釋為那段時間內(nèi)的火山爆發(fā) 。
使用雷達圖像來驗證表面變化是很棘手的，因為即使是不變的表面，其外觀也會因表面坡度和觀察方向的不同而不同。然而，研究人員進行了模擬，以驗證觀察到的變化不是由這些事情引起的。

1991年2月和10月，Maat Mons山頂北部的活火山噴口特寫。在這兩個日期之間，火山口擴大并改變了形狀，新的熔巖流似乎出現(xiàn)了。Credit: NASA/JPL
成對的圖像顯示了一個最初近圓形的火山口，直徑約1.5公里，在2月至10月間向東延伸，面積擴大了一倍。它也變得更淺，作者認(rèn)為火山口是一個部分坍塌的火山噴口，在10月份大部分被新的熔巖填充。
也可能有新的熔巖流沿著斜坡向下延伸幾公里，到達火山口的北部，這些熔巖流要么淹沒了火山口邊緣，要么從相關(guān)的裂縫中泄漏出來。這座活火山口高高地坐落在瑪特蒙斯上，它是金星上最大的火山之一，其山頂高出周圍平原5公里。
未來的任務(wù)
大多數(shù)行星科學(xué)家已經(jīng)預(yù)計金星會有火山活動。現(xiàn)在人們關(guān)注的焦點肯定會轉(zhuǎn)向金星上火山爆發(fā)的頻率和地點。最令人驚訝的是，有人花了這么長時間才找到表面變化的證據(jù)，這些證據(jù)已經(jīng)潛伏在麥哲倫數(shù)據(jù)中30年了。

馬特蒙斯。箭頭指向1991年爆發(fā)的火山噴口的位置，它太小了，以這樣的比例顯示不出來。Credit: NASA/JPL
發(fā)現(xiàn)和研究正在進行的火山活動的可能性是美國宇航局Veritas任務(wù)和歐空局EnVision任務(wù)(均于2021年獲得批準(zhǔn))的主要驅(qū)動力之一。每艘都將攜帶比麥哲倫更好的成像雷達。EnVision計劃在2034年到達金星軌道。本來Veritas早在幾年前就應(yīng)該在那里了，但是時間表一直在拖延。
美國國家航空航天局的達芬奇任務(wù)可能會比他們提前一兩年到達，在其下降過程中提供云層下方的光學(xué)圖像，從現(xiàn)在起大約十年后，我們將迎來一個激動人心的時刻。