一艘在金星上死里逃生宇宙飞船，以下是它在金星上观测到的景象

2024年4月的某个时刻，在距离地球约一亿公里的金星轨道上，日本拂晓号探测器的天线偏离了指向地球的方向。从那一刻起，这艘在金星恶劣环境中坚持了近十年的航天器再也没能把信号传回家。2025年9月18日上午9点，日本宇宙航空研究开发机构在东京时间发出了任务终止指令，正式宣告人类目前在金星的最后一个活跃航天器停止运行。

这个结局对于拂晓号来说既悲壮又恰当。这艘探测器的整个生命周期都充满了起死回生的戏剧性，从2010年发射后主发动机故障导致首次入轨失败，到在太空中漂泊五年后于2015年用备用推进器成功进入金星轨道，再到最后在完全失联的情况下度过生命的最后一年。它证明了即使是看似致命的挫折，只要不放弃，仍然可能创造奇迹。

拂晓号总共为178篇科学论文提供了数据，彻底改变了我们对金星大气动力学的理解。它发现了太阳系中最大的静止重力波，揭示了金星超旋转现象的维持机制，并首次在金星探测中应用了数据同化技术。如今金星上空再无人类的眼睛，但拂晓号留下的遗产将持续影响未来的金星探索。

太空中最戏剧性的救援

2010年12月7日本该是庆祝的日子。拂晓号按计划点燃主发动机进行金星轨道插入机动，但仅仅152秒后发动机提前关闭。事后调查显示，推进系统中氦气罐和燃料罐之间的止回阀发生故障，导致燃料供应中断。这次失败让探测器以每秒数公里的速度飞离金星，进入了一个绕太阳运行的椭圆轨道。

© 图片来源：JAXA / Akihiro Ikeshita

大多数情况下，这种失败意味着任务彻底结束。价值3亿美元的探测器将成为太空垃圾，永远在太阳系内飘荡。但日本宇宙航空研究开发机构的工程师们没有放弃，他们计算出拂晓号的轨道周期约为200天，与金星的会合周期相近。如果探测器能够存活五年，它将在2015年底再次接近金星，届时可以尝试用较小的姿态控制推进器进行轨道插入。

这个计划听起来疯狂。姿态控制推进器设计用于微调航天器的方向，而不是进行需要巨大速度变化的轨道机动。但工程师们别无选择，他们精心设计了一次持续20多分钟的推进器点火序列，将拂晓号的速度降低了每秒243米。2015年12月7日，整整五年后，这次孤注一掷的尝试成功了。

拂晓号进入了一个高度椭圆的轨道，近金星点约1000公里，远金星点约36万公里。这个轨道远不如原计划的理想，但足以让探测器完成科学观测。它成为当时唯一在金星轨道运行的探测器，也是日本首个成功进入地球轨道以外行星轨道的探测器。

揭开金星大气的秘密

拂晓号搭载了五台成像仪器和一套无线电系统，能够在紫外和红外波段观测金星大气。每个波段对应不同的高度层，使科学家能够构建三维的大气运动图像。金星表面温度高达470摄氏度，大气压是地球的90倍，厚厚的硫酸云层笼罩整个星球，这使得从轨道遥感成为研究金星的主要手段。

最令人震惊的发现之一是一条长达1万公里的静止重力波。2015年12月,拂晓号的红外相机在金星云层顶部捕捉到一个巨大的弓形结构，呈现出明暗相间的条带。这个结构在金星大气中保持静止数天,就像海浪被岩石阻挡一样。研究人员意识到,这是由金星表面的山脉地形向上推挤大气产生的重力波,尽管金星表面气压巨大,地形的影响仍然能够传播到70公里高空的云层顶部。

艺术家描绘的晓号从轨道上观测金星的场景。图片来源：JAXA

这一发现让行星科学家们大为震惊。在地球上,山脉产生的重力波很常见,但金星的大气密度是地球的100倍,理论上表面地形的影响应该很快被平滑掉。拂晓号观测到的重力波是太阳系中同类现象中最大的,它证明了即使在极端环境中,地形与大气的相互作用仍然可以产生行星尺度的影响。

金星超旋转现象是另一个重大谜团。金星自转非常缓慢,自转一周需要243个地球日,但其高层大气的风速却达到每秒100米,绕金星一圈只需要4个地球日。大气的运动速度是行星表面的60倍,这种现象被称为超旋转,在太阳系中独一无二。

大气潮汐波维持的风暴

拂晓号的长期观测揭示了超旋转的维持机制。研究团队发现,金星赤道附近的超旋转主要由大气潮汐波维持。这些潮汐波源于太阳加热白天半球和黑夜半球冷却产生的温度差异,形成全球性的大气振荡。潮汐波通过波浪和湍流的垂直动量传输,将能量从低层大气输送到高层,加速云层的运动。

项目科学家中村正人领导的团队还测试了数据同化方法,这在金星探测中尚属首次。数据同化是气象预报中的标准技术,它将实时观测数据与物理模型相结合,重建出更完整的大气状态。拂晓号的多波段观测提供了不同高度层的风场数据,通过数据同化,研究人员构建了金星大气从表面到云层顶部的三维动力学模型。

这项工作对理解地球大气也有启示。金星和地球的大气虽然成分不同,但都遵循相同的流体动力学规律。金星作为一个极端案例,可以帮助我们测试大气模型在极端条件下的表现。一些在地球大气中难以观测的现象,如大尺度重力波和潮汐波的相互作用,在金星上表现得更加明显。

这张金星照片拍摄于“晓”号探测器绕地球运行第13圈期间。图片来源：JAXA / ISAS / DARTS / Damia Bouic

拂晓号的椭圆轨道虽然是迫不得已的妥协,却带来了意外的优势。在远金星点时,探测器可以拍摄整个金星半球的广角图像,追踪大尺度的天气系统。在近金星点时,它可以获取高分辨率的局部图像,研究云层的细微结构。这种双重视角在之前的金星探测任务中很少见。

在沉默中消失

2024年4月下旬,拂晓号在执行一次低精度姿态控制时失去了与地球的联系。初步分析认为,探测器的姿态控制系统出现故障,导致天线偏离了指向地球的方向。日本宇宙航空研究开发机构的工程师们尝试了数月来恢复通信,发送各种指令希望探测器能够自动调整姿态,但始终没有收到任何回应。

到2025年9月,团队认为探测器已经无法修复。系统老化、燃料耗尽、辐射损伤,这些因素综合起来让15岁高龄的拂晓号走到了生命尽头。为了避免不受控制的信号可能对未来金星任务造成干扰,日本宇宙航空研究开发机构决定正式终止任务。2025年9月18日发出的终止指令,标志着人类在金星的存在暂时画上句号。

拂晓号的结束让金星再次成为无人关注的星球。苏联时代的金星探测计划在1980年代结束,欧洲空间局的金星快车号在2014年耗尽燃料坠入大气层,美国的麦哲伦号在1994年就已经完成使命。拂晓号是过去十年里唯一在金星工作的探测器,如今它也沉默了。

但这种状况不会持续太久。美国宇航局计划在2029年发射达芬奇和真理号两个金星探测器,欧洲空间局的金星使节计划在2030年代初期发射,印度也在准备金星轨道飞行器任务。拂晓号留下的科学遗产和技术经验,将为这些未来任务提供宝贵的参考。

拂晓号的故事提醒我们,太空探索永远充满不确定性,但人类的韧性和创造力可以将灾难转化为胜利。从主发动机故障的绝境中重生,用备用推进器完成不可能的轨道插入,在金星轨道坚持近十年,这些成就足以让拂晓号在行星探测史上占据特殊位置。它的名字在日语中意为黎明,象征着新的开始,如今这个黎明已经过去,但它照亮的知识将永远留存。