金星可能曾经适宜居住。现在它可以告诉我们其他星球是否也适宜居住。

科幻作家艾萨克·阿西莫夫在 1954 年的小说《幸运星和金星海洋》中设想，在我们邻近的星球上，海洋充满生命，还有水下城市。然而，不久之后，我们就发现了金星厚厚的云层之下究竟隐藏着什么。20 世纪 60 年代和 70 年代，美国和苏联的航天器在金星上发现了浓密的有毒大气层，其中充满了二氧化碳和硫酸云。金星表面的温度高到足以熔化铅，巨大的压力与地球深海的压力相似。

所有这些都意味着金星对生命极其不利。即便如此，这颗行星在大小、结构和位置上都与我们自己的天体如此相似，以至于它经常被称为地球的孪生兄弟。在遥远的过去，它可能更像地球——科学家们现在相信金星曾经可能有海洋和更温和的气候。

美国宇航局喷气推进实验室的地球物理学家苏珊娜·斯姆雷卡说：“人们并没有真正意识到这两颗行星有多么相似。我们听到了很多关于火星的消息，是的，目前它的表面温度与地球相似。但在其大部分演化过程中，金星可能更像地球。”

尽管有相似之处，但美国向金星发射探测器已近 30 年。斯姆雷卡和她的金星研究员同事认为，现在是我们重返金星的时候了。他们认为，金星可以揭示地球的历史，行星需要什么样的条件才能成为宜居行星，以及我们在太阳系外发现的遥远行星是否可能具备这些条件。

加州大学河滨分校的行星天体物理学家斯蒂芬凯恩说：“了解宇宙生命的探索不仅涉及地球，还涉及地球的孪生兄弟。”

截然不同的世界

数十亿年前，金星和地球由相似的物质形成，它们形成的位置相对较近。

地球后来变成了一个湿润、温和的星球，适合生命生存。“你真的需要一种方法来创造气候稳定，让生命得以开始，”美国宇航局戈达德太空研究所的物理学家迈克尔·韦说。在地球上，板块构造使碳在地球上进出大气层成为可能。火山爆发时，会从地球内部向外喷射二氧化碳。这种温室气体可以吸收热量，使地球保持足够温暖以维持生命。如果任由二氧化碳积聚，就会得到像金星一样的温室。然而，当二氧化碳溶解在雨水中、流入海洋并被用来形成海底石灰岩等碳酸盐岩时，地球会慢慢重新捕获它。随着地球外壳的碎片移动和研磨在一起，它们将碳带回地幔。

换句话说，板块构造为地球的恒温器提供动力。我们星球不安分的地壳还循环利用其他营养物质，如磷，这些物质是生物生存所必需的。“地球表面不断通过板块之间的相互移动得到补充，”凯恩说。“而金星基本上只有一个板块。”

虽然现在的金星没有板块构造，但它在早期历史中的表现可能更像地球。“至少在过去的 35 亿到 40 亿年里，地球在保持相对温和的气候条件方面取得了显著的成功，”Way 说。他说，由于这两颗行星在很多方面都很相似，这表明金星在某个时期可能也拥有稳定的气候和海洋。

事实上，有证据表明金星上过去曾存在水。1978 年发射的美国先驱者金星探测器测量了一种名为氘的氢，也被称为重氢。在地球上，这种同位素比普通氢少见得多。但在金星上，氘与普通氢相比并不那么稀有，这表明大量较轻的氘元素已经消失。“如果你测量到这些数字的巨大差异，这说明某种东西已经从地球上逃逸，而这种东西就是水，”韦说。

另一个线索是，欧洲航天局于 2005 年发射的金星快车号轨道飞行器测量到金星大气中逸出的氢元素含量是氧元素含量的两倍。这表明这两种元素曾以水的形式结合在一起。

目前尚不清楚金星表面究竟有多少水；韦说，水可能遍布整个表面，深度从几码到几百码甚至更多。为了弄清古代金星可能是什么样子，韦和他的同事使用了一系列计算机模型来模拟该星球的大气层。他们报告说，金星可能有浅浅的海洋，表面温度与现在的地球相似，持续了数十亿年，直到大约 7.15 亿年前。

金星的自转速度比地球慢，这可能有助于使它更适合居住。由于金星的白天很长，太阳一次可以加热金星部分地形达数月之久。此时，“暖空气会猛烈上升，形成行星级云层，阻挡大部分入射阳光，”Way 说。“这基本上可以为你提供一道屏障，帮助你靠近母星，而不会在本质上过度加热或使海洋沸腾。”这片云层会引发暴雨，不过它们会集中在直接面对太阳的区域周围。

然而，在某个时刻，金星的命运与地球不同，这颗行星最终变成了一个“无法居住的地狱”，Way 和他的同事上个月在arXiv上发表的一篇论文中写道。Way 说，目前还不清楚为什么会发生这种情况。一种可能性是，金星的海洋开始蒸发，因为这颗行星比地球接收更多的太阳能。在高层大气中，阳光会将水蒸气分解成氧气和氢气，然后逃逸到太空中。如果没有水来削弱地壳使其分裂，就不可能出现我们所知的板块构造。随着水蒸气和二氧化碳在金星大气中的积聚，金星会变得越来越热。

“它经历了失控的温室效应，现在被困在那里，”凯恩说。“所有的碳都存在于大气层中，没有地方储存，因为那里没有液态水海洋。”

地球人，注意

金星如今已变成一个灼热、有毒的地方，这实际上可以让我们一窥我们自己星球的历史。

20 世纪 90 年代，麦哲伦号探测器绕金星飞行时，它拍摄了金星表面的雷达图像，发现了山脉。科学家们在 12 月于新奥尔良举行的美国地球物理联合会会议上报告说，这些特征类似于地球上冷却熔岩形成的山脉和平原，当时地壳碎片被其下方地幔的缓慢搅动所挤压。金星上可能也存在类似的力量；金星的强烈热量可能使其地壳变热，以至于小块碎片可以从地幔下方约 6 至 9 英里处轻微脱落。金星山脉周围的一些平原已经变形，这表明地壳块可能在最近才移动。

这不是成熟的板块构造，但这可能是该过程的第一步。斯姆雷卡尔说，我们对数十亿年前地球板块构造如何开始的记录很少，因此金星上最近的活动可能会提供一些线索。

她说，我们的姊妹星球也能帮助我们了解当今的地球。早在 20 世纪 70 年代，金星就成为我们发现氯氟烃（发胶、空调和其他产品中使用的化学物质）对臭氧层构成威胁的关键。在为金星大气创建计算机模型时，哈佛大学和麻省理工学院的研究人员发现氯非常善于分解臭氧等氧化合物。不久之后，加州大学欧文分校的另一个研究小组意识到，我们排放到大气中的多余氯可能会对地球产生同样的影响。

金星也为我们的未来提供了预兆。随着时间的推移，恒星的亮度会增加。这意味着它们轨道上的行星将沐浴在更多的太阳能中。对于一颗拥有液态水和类似地球大气层的行星来说，这意味着去往金星城的单程票。“一旦你破坏了行星大气层……[就]几乎不可能再恢复，”凯恩说。“金星可能是所有大气演化的最终结果。”

事实上，地球最终将追随金星的轨道“似乎是不可避免的”，他说。“地球目前处于一种微妙的平衡状态；这种平衡不会永远持续下去。”

杰基尔还是海德？

我们在发现太阳系外行星方面越来越熟练，包括与地球大小相当的行星。但是，我们无法研究这些行星上的土壤或大气层，以查明它们是否适合生命生存。“我们正在研究的其他恒星周围的行星是我们永远无法到达的行星，至少在未来几百年内无法到达，”凯恩说。“金星对我们来说是一个很大的警告，因为如果我们的太阳系中没有金星……我们可能会更加轻率地发现其他恒星周围的地球大小的行星，并仅仅假设它们适合生命生存。”

相反，我们意识到，从远处看，两个世界看起来一样，实际上可能是岩石行星中的杰基尔和海德。美国宇航局戈达德的行星火山学家洛里·格雷泽说：“当我们发现新行星时，我们唯一的比较基础就是我们自己太阳系中的行星。”“能够区分外星金星和外星地球对于我们如何继续探索非常重要。”

金星与太阳的距离可能是它与地球如此不同的主要原因。但也可能还有其他更微妙的力量在起作用，比如金星缺乏强磁场。“我们需要考虑到这些因素，因为这可能意味着我们在其他恒星周围的行星中隐藏着邪恶的金星，”凯恩说。另一方面，如果金星缓慢的自转速度曾帮助它维持适宜居住的条件，那么测量系外行星的自转速度也是有意义的。

“我们的太阳系中发生了一次巨大的宇宙事故：两颗行星大小相似，在太阳系中相邻，但它们的宜居性却处于相反的两端，”斯姆雷卡尔说。“如果你真的想了解是什么让一颗行星变得宜居，那么最大的问题是，为什么金星和地球如此不同？”

计划参观

尽管金星是我们最近的邻居，但我们对它还有很多不了解的地方。

尽管麦哲伦号和金星快车号等探测器已经拍摄了金星表面的雷达和红外图像，但厚厚的云层使得观测难度很大。这些照片揭示了另一个挑战：金星表面的陨石坑并不多，这表明它存在的时间还不够长，没有受到太大的撞击。斯姆雷卡尔说：“在过去的十亿年里，甚至可能在更短的时间内，金星表面已经完全被改造了。”也许是因为这颗行星缺乏板块构造，热量会周期性地在地壳下积聚，直到表面融化。正因为如此，金星表面在远古时期的样子的大部分证据已经消失。

此外，金星的极端条件会在数小时内摧毁任何登陆器。“这是一个非常难以执行任务的地方；它既昂贵又危险，”韦说。“火星更容易处理。”

这意味着为金星争取资金比为火星争取资金更难。“成功带来成功，”斯姆雷卡尔说。“如果你在火星上发现了令人兴奋的发现，你就会想跟进，而我们已经很久没有执行金星任务了，很难克服这个障碍。”

尽管如此，格雷兹表示，“支持探索金星的呼声越来越高涨。”日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）发射的轨道器 Akatsuki 目前正在收集有关金星气候的信息。去年，NASA 的科学家提出了两项​​任务，将探测器直接送入金星大气层。NASA 没有选择其中任何一项来推进其新前沿计划，但斯姆雷卡、格雷兹和他们的同事们并没有气馁。

斯姆雷卡尔将领导金星起源探测器 (VOX) 任务，调查当今金星的行为。它将使用轨道器绘制行星表面地图，并使用探测器对其大气中的气体进行取样。斯姆雷卡尔和她的同事将研究的问题之一是金星的陨石坑是否被熔岩流埋没，这可能是近期地质活动的迹象。他们还会寻找活跃火山活动的化学特征，例如熔岩流暴露在大气中时形成的一层薄薄的新矿物涂层。

另一项由 Glaze 领导的任务——金星原位成分调查 (VICI)——获得了资金，用于完善其技术以应对未来的竞赛。它将发射两个着陆器，前往比金星其他表面更古老的高原。这些特征可能类似于地球的大陆，它们是由不同于海洋地壳的岩石构成的。VICI 会向这些岩石发射激光，蒸发少量物质，然后测量它产生的等离子体和未蒸发岩石中存在的矿物质。如果金星高原的成分与表面其他部分不同，则可能意味着水参与了它们的形成。

在金星停留期间，探测器还测量了氪和氙等气体。“一旦这些气体在行星形成时被释放到大气层，就很难改变或移除它们，”格雷兹说。“它们就像小的大气化石一样留在那里，告诉我们金星大气层的原始构成。”

她和同事们建造了一个全尺寸的原型着陆器，并在地球上测试了它的着陆能力。该着陆器直径约 14 英尺，有一个类似蜘蛛腿的矮胖稳定器，使其更难翻倒。

格雷兹和她的团队对金星的恶劣条件毫不畏惧。“我们将物体送至深海，那里的压力比金星表面的压力大得多，”她说。而且，该任务的大部分关键测量可以在两小时内完成——因此，当金星的高温融化着陆器的电子设备时，它们很可能已经完成了任务。

“金星确实很难探索，但 40 年前也并非没有探索过，”斯姆雷卡尔说道。自上个世纪的金星、织女星和先驱者金星任务以来，我们还没有向金星有毒的天空发射过探测器。然而，要知道在遥远的系外行星上会发生什么，我们需要再去一次。“重返金星非常重要，”格雷兹说道。