金星上有閃電?神秘閃光或將解開謎題

金星上有閃電?神秘閃光或將解開謎題
日本的“曉”號探測器以紫外線拍攝的金星偽色彩圖像,可以看出金星上的云層。
圖源:JAXA/PLANET-C PROJECT TEAM

撰文:ROBIN GEORGE ANDREWS
 
  2020年3月1日,人類唯一一個繞金星飛行的航天器——日本的“曉”號探測器看到金星的天空中發出一束神秘的閃光。這一閃光或將提供關鍵線索,助力解開40年來令人費解的行星謎題:這個云層密布的星球上存在閃電嗎?
 
  閃電遍布太陽系各處。航天器曾在木星、土星和天王星上發現過地外閃電。對于濃云彌漫的金星,“我們預料那里也有閃電”,美國約翰斯霍普金斯大學的行星地質學家、金星探測分析小組的副組長Noam Izenberg說。
 
  “曉”號探測器所看到的閃光,是日本北海道大學的行星科學家Yukihiro Takahashi在今年的美國地球物理學會年會上披露的。其團隊推測,這要么是一次強勁的雷擊,能量約為地球上閃電的約10倍,要么是一顆大隕石在金星的大氣層中發生了爆炸。
 
  5年來,“曉”號探測器上搭載的閃電和氣輝相機一直在掃描金星的云層,而這是它所捕獲的第一次閃光。這可能是金星上存在閃光的最有希望的跡象,但研究團隊還在分析數據,而團隊成員在發布供同行評審的論文之前拒絕討論該研究。
 
  “金星上是否存在閃電已經爭議了好幾十年。”Takahashi在采訪中談到。
 
  之前,從探測器探測到的電磁脈沖,到地球上觀測到的光點,有許多挑動人心的證據暗示金星上存在閃電。但每次,科學家們都質疑這些信號是來自閃電還是其他來源,比如深空的宇宙射線閃光,或科學儀器本身發出的干擾。
 
  為鑒定這次閃光的來源,天文學家們希望能觀測到下一次閃光。Noam Izenberg(未參與本研究)稱:“這非常有趣,他們正在努力排除其他東西。但是,再見到一次就能證明了。”
 
  如果這次閃光確是閃電,這一發現將是我們闡釋金星濃密云層神秘性質的重大一步,還能為研究這類環境能否支持生命存在提供線索。英國牛津大學行星科學家Colin Wilson說:“閃電能將原子分開,使原子自由運動并結合成新的分子,而用其他方式是無法做到這一點的。”
 
漩渦中的哨聲
 
  近半個世紀以來,科學家利用望遠鏡和航天器的電磁指示儀,一直在尋找金星上的閃電。美國宇航局的卡西尼號探測器曾經能夠輕易探測到地球上的閃電,但在20世紀90年代兩度飛掠金星的過程中都沒有發現任何閃光。
 
  不過,更早之前就有了線索。20世紀60年代到80年代,蘇聯發射的一些金星著陸器的磁場和聲音傳感器接收到了一些可疑的脈沖。美國的先驅者金星軌道器曾在20世紀80年代收到過一些有力的爆發;1990年,伽利略號探測器在飛往木星途中掠過金星時,無線電接收器也收到過類似信號。20世紀90年代中期,地面上的望遠鏡也曾觀測到金星上出現幾次微弱的亮斑。
 
  英國布里斯托大學的物理學家Karen Aplin說:“這些都無法令人完全信服。總之,很難排除其他解釋的可能性。”
 
  歐洲航天局的“金星快車號”航天器從2006年至2015年繞金星飛行,聽到過從金星發出的許多次“哨聲模式”的無線電波。第一次世界大戰期間,無線電操作員聽到收音機中的哨響,懷疑是手榴彈飛來而產生的,因而給這種電波命名為“哨聲(whistler)”。在地球上,閃電確實可以產生此類無線電波信號。
 
  然而,美國加州大學伯克利分校的行星物理學家Shannon Curry說:“大氣層中的任何一種不穩定或擾動都會產生哨聲模式電波。”金星和火星會定期傳出這類信號,確實有可能這些信號僅僅來自于閃電,但天文學家們無法確定。
 
眼見為實
 
  對閃電的光學搜尋,即尋找可見的閃光,大多數都沒有結果。Wilson稱,有一種可能性是“閃電的源頭位于云層之下,意味著無線電波能傳出來,而許多光線被阻擋住了。”
 
  “曉”號探測器能搜尋從金星云層逃出來的微弱閃光。然而,由于該航天器在2010年時出現了一次發動機故障,未能進入環金星軌道,因此,它只能在太陽系里繞圈,等到2015年再次嘗試。盡管“曉”號探測器在第二次嘗試時成功進入了環金星軌道,但是,它的軌道非常扁長,因此,它大部分時間距金星都很遠。
 
  不過,5年后,“曉”號還是發現了一次閃光。Curry說:“我很驚訝他們沒有再次看到。他們只看到過一次,這讓我很困惑,”原因在于閃電應該成群出現,不過,“我愿意相信探測結果本身。”
 
  這次閃光看上去不像是宇宙射線引起的,而“曉”號團隊認為這次閃光可能是一顆火流星。然而,基于我們對火流星發生概率的認識,“曉”號極不可能看到火流星。
 
  目前來看,閃電這一解釋暫時領先。
 
  美國加州大學洛杉磯分校的研究生Ricky Hart認為:“設備單次故障恰好看上去一個真實的信號,那可是令人難以置信的巧合。”他正在研究金星上疑似閃電的信號。他認為,這次閃光“為金星上存在閃電這一論點提供了很大支撐。”
 
外星濃云里的奧秘
 
  如果這次閃光確為閃電,那是什么產生了它?探尋這一問題答案的天文學家們認為,這可能會顛覆我們對金星天空的認知。
 
  金星上的硫酸云在太陽系中很獨特,因此,Aplin說,產生閃電的傳統模型并不適用于金星。一個問題在于,科學家認為金星的云層導電性相對較好,因而會阻止電量在某個地方集聚到誘發閃電的臨界點。
 
  在地球上,當較熱的云吞上升,較冷的云團下降時,會產生對流,而帶電的水滴和冰晶會因此分開,從而產生閃電。但是,美國北卡羅萊納州立大學的行星科學家Paul Byrne認為,尚不清楚金星云層中這種垂直的混合發生的頻率如何。“曉”號探測器無法確定這次閃光的高度,因此,如果它真的是閃電,那它可能發生在上層大氣到幾十千米之下的主云層之間。
 
  還有一種可能是,金星上的閃電發生在火山噴發之后。雖然目前未能透過厚厚的云層直接觀測到火山噴發,但是間接證據使許多行星科學家確信確有火山噴發發生。爆炸事件會產生帶灰的、帶電的噴流,而噴流會產生閃電。
 
  無論最終這次探測是真是假,行星科學家都將繼續搜尋更多閃光,并急切地想知道閃電的“煉金術”在金星上能否奏效。
 
  Izenberg說:“閃電是一個超凡的過程。它很活躍。它可能是金星上生命起源前化學過程的一個潛在推動因素”,意味著能量的爆炸會拼合出生命所需的分子。如果這一過程發生在有水、溫度始終、有陽光照射的大氣層區域,就可能為光合微生物創造一個避風港。
 
  閃電還可能產生磷化氫氣體,而該化合物最近已在金星上探測到(不過一些專家質疑該探測結果是否可靠),而且目前已知地球上的微生物能產生這種氣體。如果該氣體確實存在于金星云層,其中一些可能就是由閃電與大氣層相互作用而生成的。
 
  Curry說,地球上望遠鏡與“曉”號探測器的雙重觀測還有很長一段路要走,才能說服業界這次閃電已被證實。但是,Byrne認為,在人類向金星發送新的探測器飛進大氣層或近距離飛過云頂之前,閃電是否存在可能仍然是個開放的話題。
 
  我們對金星的認知少得驚人。它的大小和構成與地球幾乎一樣,但其演化卻大相徑庭。Izenberg說,這個閃電“再次向我們提出我們必須要再去看看。”
 
(譯者:Mike-Gao)
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