氣球能測金星地震嗎

韓婷葦

2021年6月，美國國家航空航天局（NASA）一口氣通過了兩項金星探測任務(wù)，分別是達芬奇+任務(wù)（DAVINCI+）和維塔斯任務(wù)（VERITAS）。金星這個富含酸性物質(zhì)、極度炎熱、似乎沒有生命存在的不毛之地，再次重回人們的視野。

前不久，科學(xué)家們利用氣球在地球上探測到了地震余震事件，這項技術(shù)未來也將用于探測金星地震。很多人或許好奇，地震一般都是通過精密的地震儀來探測的，怎么會使用到氣球呢？下面我們就來了解一下這個“不靠譜”的方法。

蘇聯(lián)在金星探測初期就雄心勃勃，從20世紀50年代末開始，蘇聯(lián)就致力于設(shè)計建造一系列的金星探測器。在之后將近30年的時間里，蘇聯(lián)發(fā)射了30多顆金星探測器，其中有10次成功著陸金星表面。正是這些近距離觀測，讓我們了解到金星環(huán)境的惡劣。高溫高壓、被稠密有毒的酸性大氣所籠罩的金星，不僅不可能孕育生命，也很難讓探測器安全地進行探測工作。

達芬奇+任務(wù)將測量金星大氣層的組成，以了解金星是如何形成和演化的，并確定這顆行星是否曾經(jīng)有過海洋。該任務(wù)包括一個下降球體，它將穿過金星厚厚的大氣層，對稀有氣體和其他元素進行精確測量，以了解為什么金星的大氣層與地球的相比是一個失控的溫室。

維塔斯任務(wù)將繪制金星3D地形圖，還將在紅外波段觀測金星，繪制其巖石類型，分析引力場強度的變化，并確認板塊構(gòu)造和火山活動等是否仍在金星上活躍。它將為科學(xué)家提供金星高分辨率的地形和位置圖，為所有過去和未來收集到的表面數(shù)據(jù)提供參考。

同期，歐洲航天局（ESA）宣布了EnVision計劃。這是一個對金星特定區(qū)域進行詳細研究的軌道飛行器，以期了解金星歷史，特別是了解大氣和地質(zhì)之間的聯(lián)系。此外，俄羅斯和印度等國的航天機構(gòu)也在認真考慮重返金星。

1982年3月1日，蘇聯(lián)的“金星13號”著陸金星。這顆探測器在金星表面上停留了127分鐘。127分鐘對于金星探測是遠遠不夠的，但這已是人造探測器在金星上工作時間的最長紀錄。好在距金星地表50千米的空中，溫度和壓力比較溫和，適合氣球類探測器長時間工作，所以在1985年，蘇聯(lián)通過探測器在金星大氣中放飛了兩個探測性氣球。它們成功地“存活”了兩天半，直到電池耗盡，才停止記錄數(shù)據(jù)。

為何不用尖端的地震儀，而用氣球去探測地震呢？這其中最重要的原因是金星惡劣的環(huán)境。

金星的大小和地球差不多，但金星基本沒有磁場；雖有厚重的大氣層，但其中大多數(shù)都是二氧化碳，靠近地表的二氧化碳含量甚至可以達到99%；云層中充滿了硫酸；地表最高溫度超過460℃……金星惡劣的環(huán)境讓人類必須要依靠多種探測方式才能真正解開它的秘密。在這種情況下，軌道飛行器不是人們了解金星的唯一手段，人們選擇氣球進行某些科學(xué)研究的理由就更加充足了。氣球可以讓傳感器處在一個比地表溫和的環(huán)境中，通過它，科研人員可以進行一些更有意義的研究工作，比如對地震的研究。

如果想要研究一個行星的演化過程，那么就要研究行星的內(nèi)部構(gòu)造，而研究內(nèi)部構(gòu)造最好的一種方法就是研究地震波。在地球上，不同的圈層以不同的方式折射地震波。地震學(xué)家通過地震或者爆炸產(chǎn)生的波形和波速來確定地下圈層的特征，甚至可以找油找礦。這些測量也還可以用于分析火山和構(gòu)造活動。

在地球上，我們可以通過數(shù)以萬計的地震儀來進行研究；但在金星上，我們沒有良好的科研環(huán)境，因此通過氣球來研究金星的地震活動，可以增強人們對金星的認識和理解。

氣球似乎與地震沒有關(guān)系。但事實上，通過氣球，科研人員可以觀測地震和其他地質(zhì)現(xiàn)象產(chǎn)生的低頻次聲波。

次聲波一般指頻率低于20赫茲、不可被人耳聽到的聲波。次聲波主要來源于大自然，許多地球物理現(xiàn)象以及天文現(xiàn)象都是次聲波源，如地震、火山爆發(fā)、海嘯、流星雨、隕石墜落、極光、日食、核爆炸及偶發(fā)的大型化學(xué)爆炸等。次聲波的頻率低、波長長，容易與建筑物、人體等產(chǎn)生共振，還能輕易繞過障礙物，可謂“無孔不入”。地震時，震中的人們能夠聽到來自地下隆隆的轟鳴聲，而夾雜其中的強次聲波會使人頭暈、惡心、心慌，失去逃跑能力。

地震通常會產(chǎn)生頻率低于5赫茲的次聲波，由于地震波傳播衰減小，所以次聲波傳感器能夠在數(shù)千千米以外探測到來自震中的地震次聲波信號。氣球載次聲探測器隨風(fēng)飄浮，探測的距離比地面的固定探測儀更遠，范圍更廣。另外，由于大氣折射效應(yīng)，低頻聲音向上聚焦，因此氣球載次聲探測器對次聲波的探測效果也相對更好。而且，金星的大氣層比地球的厚很多，所以次聲波能更好地從地面?zhèn)鬏數(shù)娇諝庵小；诔醪焦罍y，研究人員認為，氣球載次聲探測器能探測到金星上小至2級的地震。

探測器的飛行軌跡不確定 氣球能飛行是因為氣球內(nèi)部較熱的空氣比周圍較冷的空氣輕。為了加熱氣球內(nèi)的空氣，探測器表面的深色材料需要從太陽吸收熱量，不過隨著太陽位置的偏移，氣球內(nèi)部的空氣溫度下降，探測器的位置也會發(fā)生變化。雖然科研人員可以用定位系統(tǒng)跟蹤和定位氣球，不過前期部署工作頗為耗時，科研人員必須確保探測器朝著預(yù)期的方向飛行，并且需要對探測器的飛行軌跡模擬得非常準確。

聲音源難以區(qū)分 背景噪聲可以由各種來源產(chǎn)生，包括次聲波源或者氣球本身的振蕩。例如，當(dāng)氣球漂浮時，它會產(chǎn)生一個渦流，類似于飛機飛行產(chǎn)生的渦旋。這個渦流可以改變周圍的氣壓，并產(chǎn)生與地震壓力波相同的頻率范圍。

經(jīng)過科學(xué)家的不斷嘗試，用氣球探測地震已經(jīng)在地球上成功實現(xiàn)，希望這一探測方式能早日在金星上進行實踐。