气球能测金星地震吗

韩婷苇

2021年6月，美国国家航空航天局（NASA）一口气通过了两项金星探测任务，分别是达芬奇+任务（DAVINCI+）和维塔斯任务（VERITAS）。金星这个富含酸性物质、极度炎热、似乎没有生命存在的不毛之地，再次重回人们的视野。

前不久，科学家们利用气球在地球上探测到了地震余震事件，这项技术未来也将用于探测金星地震。很多人或许好奇，地震一般都是通过精密的地震仪来探测的，怎么会使用到气球呢？下面我们就来了解一下这个“不靠谱”的方法。

苏联在金星探测初期就雄心勃勃，从20世纪50年代末开始，苏联就致力于设计建造一系列的金星探测器。在之后将近30年的时间里，苏联发射了30多颗金星探测器，其中有10次成功着陆金星表面。正是这些近距离观测，让我们了解到金星环境的恶劣。高温高压、被稠密有毒的酸性大气所笼罩的金星，不仅不可能孕育生命，也很难让探测器安全地进行探测工作。

达芬奇+任务将测量金星大气层的组成，以了解金星是如何形成和演化的，并确定这颗行星是否曾经有过海洋。该任务包括一个下降球体，它将穿过金星厚厚的大气层，对稀有气体和其他元素进行精确测量，以了解为什么金星的大气层与地球的相比是一个失控的温室。

维塔斯任务将绘制金星3D地形图，还将在红外波段观测金星，绘制其岩石类型，分析引力场强度的变化，并确认板块构造和火山活动等是否仍在金星上活跃。它将为科学家提供金星高分辨率的地形和位置图，为所有过去和未来收集到的表面数据提供参考。

同期，欧洲航天局（ESA）宣布了EnVision计划。这是一个对金星特定区域进行详细研究的轨道飞行器，以期了解金星历史，特别是了解大气和地质之间的联系。此外，俄罗斯和印度等国的航天机构也在认真考虑重返金星。

1982年3月1日，苏联的“金星13号”着陆金星。这颗探测器在金星表面上停留了127分钟。127分钟对于金星探测是远远不够的，但这已是人造探测器在金星上工作时间的最长纪录。好在距金星地表50千米的空中，温度和压力比较温和，适合气球类探测器长时间工作，所以在1985年，苏联通过探测器在金星大气中放飞了两个探测性气球。它们成功地“存活”了两天半，直到电池耗尽，才停止记录数据。

为何不用尖端的地震仪，而用气球去探测地震呢？这其中最重要的原因是金星恶劣的环境。

金星的大小和地球差不多，但金星基本没有磁场；虽有厚重的大气层，但其中大多数都是二氧化碳，靠近地表的二氧化碳含量甚至可以达到99%；云层中充满了硫酸；地表最高温度超过460℃……金星恶劣的环境让人类必须要依靠多种探测方式才能真正解开它的秘密。在这种情况下，轨道飞行器不是人们了解金星的唯一手段，人们选择气球进行某些科学研究的理由就更加充足了。气球可以让传感器处在一个比地表温和的环境中，通过它，科研人员可以进行一些更有意义的研究工作，比如对地震的研究。

如果想要研究一个行星的演化过程，那么就要研究行星的内部构造，而研究内部构造最好的一种方法就是研究地震波。在地球上，不同的圈层以不同的方式折射地震波。地震学家通过地震或者爆炸产生的波形和波速来确定地下圈层的特征，甚至可以找油找矿。这些测量也还可以用于分析火山和构造活动。

在地球上，我们可以通过数以万计的地震仪来进行研究；但在金星上，我们没有良好的科研环境，因此通过气球来研究金星的地震活动，可以增强人们对金星的认识和理解。

气球似乎与地震没有关系。但事实上，通过气球，科研人员可以观测地震和其他地质现象产生的低频次声波。

次声波一般指频率低于20赫兹、不可被人耳听到的声波。次声波主要来源于大自然，许多地球物理现象以及天文现象都是次声波源，如地震、火山爆发、海啸、流星雨、陨石坠落、极光、日食、核爆炸及偶发的大型化学爆炸等。次声波的频率低、波长长，容易与建筑物、人体等产生共振，还能轻易绕过障碍物，可谓“无孔不入”。地震时，震中的人们能够听到来自地下隆隆的轰鸣声，而夹杂其中的强次声波会使人头晕、恶心、心慌，失去逃跑能力。

地震通常会产生频率低于5赫兹的次声波，由于地震波传播衰减小，所以次声波传感器能够在数千千米以外探测到来自震中的地震次声波信号。气球载次声探测器随风飘浮，探测的距离比地面的固定探测仪更远，范围更广。另外，由于大气折射效应，低频声音向上聚焦，因此气球载次声探测器对次声波的探测效果也相对更好。而且，金星的大气层比地球的厚很多，所以次声波能更好地从地面传输到空气中。基于初步估测，研究人员认为，气球载次声探测器能探测到金星上小至2级的地震。

探测器的飞行轨迹不确定 气球能飞行是因为气球内部较热的空气比周围较冷的空气轻。为了加热气球内的空气，探测器表面的深色材料需要从太阳吸收热量，不过随着太阳位置的偏移，气球内部的空气温度下降，探测器的位置也会发生变化。虽然科研人员可以用定位系统跟踪和定位气球，不过前期部署工作颇为耗时，科研人员必须确保探测器朝着预期的方向飞行，并且需要对探测器的飞行轨迹模拟得非常准确。

声音源难以区分 背景噪声可以由各种来源产生，包括次声波源或者气球本身的振荡。例如，当气球漂浮时，它会产生一个涡流，类似于飞机飞行产生的涡旋。这个涡流可以改变周围的气压，并产生与地震压力波相同的频率范围。

经过科学家的不断尝试，用气球探测地震已经在地球上成功实现，希望这一探测方式能早日在金星上进行实践。