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金星上有闪电?神秘闪光或将解开谜题

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  日本的“晓”号探测器以紫外线拍摄的金星伪色彩图像,可以看出金星上的云层。

  图源:JAXA/PLANET-C PROJECT TEAM

  撰文:ROBIN GEORGE ANDREWS

  2020年3月1日,人类唯一一个绕金星飞行的航天器——日本的“晓”号探测器看到金星的天空中发出一束神秘的闪光。这一闪光或将提供关键线索,助力解开40年来令人费解的行星谜题:这个云层密布的星球上存在闪电吗?

  闪电遍布太阳系各处。航天器曾在木星、土星和天王星上发现过地外闪电。对于浓云弥漫的金星,“我们预料那里也有闪电”,美国约翰斯霍普金斯大学的行星地质学家、金星探测分析小组的副组长Noam Izenberg说。

  “晓”号探测器所看到的闪光,是日本北海道大学的行星科学家Yukihiro Takahashi在今年的美国地球物理学会年会上披露的。其团队推测,这要么是一次强劲的雷击,能量约为地球上闪电的约10倍,要么是一颗大陨石在金星的大气层中发生了爆炸。

  5年来,“晓”号探测器上搭载的闪电和气辉相机一直在扫描金星的云层,而这是它所捕获的第一次闪光。这可能是金星上存在闪光的最有希望的迹象,但研究团队还在分析数据,而团队成员在发布供同行评审的论文之前拒绝讨论该研究。

  “金星上是否存在闪电已经争议了好几十年。”Takahashi在采访中谈到。

  之前,从探测器探测到的电磁脉冲,到地球上观测到的光点,有许多挑动人心的证据暗示金星上存在闪电。但每次,科学家们都质疑这些信号是来自闪电还是其他来源,比如深空的宇宙射线闪光,或科学仪器本身发出的干扰。

  为鉴定这次闪光的来源,天文学家们希望能观测到下一次闪光。Noam Izenberg(未参与本研究)称:“这非常有趣,他们正在努力排除其他东西。但是,再见到一次就能证明了。”

  如果这次闪光确是闪电,这一发现将是我们阐释金星浓密云层神秘性质的重大一步,还能为研究这类环境能否支持生命存在提供线索。英国牛津大学行星科学家Colin Wilson说:“闪电能将原子分开,使原子自由运动并结合成新的分子,而用其他方式是无法做到这一点的。”

  漩涡中的哨声

  近半个世纪以来,科学家利用望远镜和航天器的电磁指示仪,一直在寻找金星上的闪电。美国宇航局的卡西尼号探测器曾经能够轻易探测到地球上的闪电,但在20世纪90年代两度飞掠金星的过程中都没有发现任何闪光。

  不过,更早之前就有了线索。20世纪60年代到80年代,苏联发射的一些金星着陆器的磁场和声音传感器接收到了一些可疑的脉冲。美国的先驱者金星轨道器曾在20世纪80年代收到过一些有力的爆发;1990年,伽利略号探测器在飞往木星途中掠过金星时,无线电接收器也收到过类似信号。20世纪90年代中期,地面上的望远镜也曾观测到金星上出现几次微弱的亮斑。

  英国布里斯托大学的物理学家Karen Aplin说:“这些都无法令人完全信服。总之,很难排除其他解释的可能性。”

  欧洲航天局的“金星快车号”航天器从2006年至2015年绕金星飞行,听到过从金星发出的许多次“哨声模式”的无线电波。第一次世界大战期间,无线电操作员听到收音机中的哨响,怀疑是手榴弹飞来而产生的,因而给这种电波命名为“哨声(whistler)”。在地球上,闪电确实可以产生此类无线电波信号。

  然而,美国加州大学伯克利分校的行星物理学家Shannon Curry说:“大气层中的任何一种不稳定或扰动都会产生哨声模式电波。”金星和火星会定期传出这类信号,确实有可能这些信号仅仅来自于闪电,但天文学家们无法确定。

  眼见为实

  对闪电的光学搜寻,即寻找可见的闪光,大多数都没有结果。Wilson称,有一种可能性是“闪电的源头位于云层之下,意味着无线电波能传出来,而许多光线被阻挡住了。”

  “晓”号探测器能搜寻从金星云层逃出来的微弱闪光。然而,由于该航天器在2010年时出现了一次发动机故障,未能进入环金星轨道,因此,它只能在太阳系里绕圈,等到2015年再次尝试。尽管“晓”号探测器在第二次尝试时成功进入了环金星轨道,但是,它的轨道非常扁长,因此,它大部分时间距金星都很远。

  不过,5年后,“晓”号还是发现了一次闪光。Curry说:“我很惊讶他们没有再次看到。他们只看到过一次,这让我很困惑,”原因在于闪电应该成群出现,不过,“我愿意相信探测结果本身。”

  这次闪光看上去不像是宇宙射线引起的,而“晓”号团队认为这次闪光可能是一颗火流星。然而,基于我们对火流星发生概率的认识,“晓”号极不可能看到火流星。

  目前来看,闪电这一解释暂时领先。

  美国加州大学洛杉矶分校的研究生Ricky Hart认为:“设备单次故障恰好看上去一个真实的信号,那可是令人难以置信的巧合。”他正在研究金星上疑似闪电的信号。他认为,这次闪光“为金星上存在闪电这一论点提供了很大支撑。”

  外星浓云里的奥秘

  如果这次闪光确为闪电,那是什么产生了它?探寻这一问题答案的天文学家们认为,这可能会颠覆我们对金星天空的认知。

  金星上的硫酸云在太阳系中很独特,因此,Aplin说,产生闪电的传统模型并不适用于金星。一个问题在于,科学家认为金星的云层导电性相对较好,因而会阻止电量在某个地方集聚到诱发闪电的临界点。

  在地球上,当较热的云吞上升,较冷的云团下降时,会产生对流,而带电的水滴和冰晶会因此分开,从而产生闪电。但是,美国北卡罗莱纳州立大学的行星科学家Paul Byrne认为,尚不清楚金星云层中这种垂直的混合发生的频率如何。“晓”号探测器无法确定这次闪光的高度,因此,如果它真的是闪电,那它可能发生在上层大气到几十千米之下的主云层之间。

  还有一种可能是,金星上的闪电发生在火山喷发之后。虽然目前未能透过厚厚的云层直接观测到火山喷发,但是间接证据使许多行星科学家确信确有火山喷发发生。爆炸事件会产生带灰的、带电的喷流,而喷流会产生闪电。

  无论最终这次探测是真是假,行星科学家都将继续搜寻更多闪光,并急切地想知道闪电的“炼金术”在金星上能否奏效。

  Izenberg说:“闪电是一个超凡的过程。它很活跃。它可能是金星上生命起源前化学过程的一个潜在推动因素”,意味着能量的爆炸会拼合出生命所需的分子。如果这一过程发生在有水、温度始终、有阳光照射的大气层区域,就可能为光合微生物创造一个避风港。

  闪电还可能产生磷化氢气体,而该化合物最近已在金星上探测到(不过一些专家质疑该探测结果是否可靠),而且目前已知地球上的微生物能产生这种气体。如果该气体确实存在于金星云层,其中一些可能就是由闪电与大气层相互作用而生成的。

  Curry说,地球上望远镜与“晓”号探测器的双重观测还有很长一段路要走,才能说服业界这次闪电已被证实。但是,Byrne认为,在人类向金星发送新的探测器飞进大气层或近距离飞过云顶之前,闪电是否存在可能仍然是个开放的话题。

  我们对金星的认知少得惊人。它的大小和构成与地球几乎一样,但其演化却大相径庭。Izenberg说,这个闪电“再次向我们提出我们必须要再去看看。”

  (译者:Mike-Gao)

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