互动科普

拂晓号的“逆行轨道”与超级气旋所致的金星整体的云的运动方向一致。在实际入轨之后不久，远金点约为44万千米，之后将通过数次轨道控制降低远金点高度，同时进行观测仪器的检查。然后计划从2016年4月开始，维持近金点约400千米、远金点31万～34万千米的轨道（周期约9天），开展正式的观测。

为了持续进行观测，需要常常调整探测器的姿态。因为不得不将观测设备朝向金星，而为了通信又必须将天线指向地球。姿态的控制，依靠姿态控制发动机或者调整探测器内部“飞轮”的旋转来进行。因此在观测的同时，姿态控制发动机也在一点点地消耗燃料。目前拂晓号尚存可满足约2年观测所必需的燃料。

虽与最初设定轨道不同，但是依然可以观测

话说回来，拂晓号最初设定的轨道远金点约为8万千米。在这个轨道（周期约为30小时）上，探测器会在远金点的前后各10小时（总计约20小时）与超级气旋共同环绕金星运转。这样的话，就应该可以连续追踪超级气旋的动向及其细微的变化，以及调查清楚大气中的力是如何传递的。这也就意味着可以进行在地球上的气象卫星那样的观测。因此，可以说拂晓号是金星版的“气象卫星”。

但由于实际远金点离最初设想较远，因此也就无法与超级气旋周期对应地运转了。并且，轨道上大部分的位置与金星的距离都变远了，拂晓号只有在最接近金星的短时间里才能分辨清楚大气运动的细节。不过，一个意外的优点是，它可以连续约一周的时间观测金星整体的情况，更加容易观测大规模的现象。

虽然与最初的计划有所不同，拂晓号依然是世界上首颗以捕捉到地球之外行星大气连续变化为目的的行星气象卫星。

此外，拂晓号还计划在靠近金星时拍摄云的特写照片，在掠过金星大气时向着地球发射电波。分析到达地球的无线电波就可以调查金星大气的温度分布等。

图1. 拂晓号的环金星轨道

5个相机洞察金星大气

与“气象卫星”的定位相适应，拂晓号搭载了5个相机来观测不同高度的大气运动。

由于金星整体都被厚重的云层所覆盖，在可见光波段无法看到云层下方的情况。可喜的是，在1990年前后发现，使用几个不同波长的红外线可以透过云层看到地面上的情况。由于可以窥见其他波段无法观测到的厚重云层下方的情况，这些不同波长的红外线波段被称作“金星大气的窗口”。

拂晓号搭载了利用金星大气窗口来观测云层下方情况的IR1（1μm相机）和IR2（2μm相机）。IR1和IR2可以分别捕捉到波长1微米和2微米左右的红外线。

利用这些波段来观测金星大气，可以如影画般（浓淡）投射出高度约50千米处的云的厚薄。从大气下方放射出来的这些波长的红外线，在云比较厚的地方被大量遮挡而变暗，在云比较薄的地方则几乎没有遮挡地到达宇宙空间而变亮。这样，追踪这些影子的动向，就可以调查出这个高度的风的流向了。

IR1还可以调查地表附近的水蒸气量，捕捉到地表的样子。过去的探测器确认了金星上存在着疑似曾经火山活动过的地形。如今期待着使用IR1可以探明现在是否依然存在着活跃的火山。

金星大气的主要成分二氧化碳在大气上层受到太阳光作用而分解，生成一氧化碳。这些一氧化碳被认为随着大气垂直方向的流动而被运送到云的下方。而IR2可以捕捉到云层之下高度约35～50千米附近的一氧化碳的浓度。因此，只要调查一氧化碳的浓度，就可以知道大气在垂直方向上的运动了。

拂晓号还搭载着另一个红外线相机，那就是LIR（中红外相机）。LIR可以捕捉到云发出的波长为8～12微米的红外线，可以调查云顶上的温度分布。

知道了云的温度，就可以推定云顶端的高度了。正如热气球加热空气而上升，气体比周围温度高时就会上升；相反，温度较低的气体会下降。这被叫做“对流”。我们可以从云的温度得知云的高度以及热对流形成的垂直方向上的大气流动。并且，通过对云顶端的运动的调查，我们也可以查明被称为“经向环流”，即沿着连接金星南北极的线（子午线）方向上流动的行星规模的大气运动。这是世界上首次尝试利用这个波长的红外线连续调查云的温度分布。

拂晓号不仅可以看见红外线，还有看见紫外线的“眼睛”，即可以捕捉到283纳米和365纳米波长的紫外线（UV）的UVI（紫外成像仪）。借助UVI可以知道云顶端附近二氧化硫等化学物质的分布情况。

另外，拂晓号还搭载了LAC（雷电/气辉相机）。

拂晓号搭载着的5个相机，能够立体捕捉云和大气的动向，渐渐接近金星大气谜团的真相。

图2. 拂晓号整机

国际合作加深对金星的了解

作为像拂晓号那样探测金星大气的探测器，欧洲空间局（ESA）的金星探测器“金星快车”号于2005年11月先拂晓号被发射升空。由于和ESA的“火星快车”号星体设计基本一致，节省了制造时间和费用，因此在短时间内就得以发射，后又大幅延长了最初计划的2年观测时间，直到2014年末，历经8年才结束了运行。

和拂晓号以调查大气的“运动”为焦点相比，金星快车号将重点放在了“化学组成”的分析上。其次，由于进入了和拂晓号不同的连接金星南北极的“极轨道”之上，虽然几乎不了解云的连续变化情况，但是却可以捕捉到拂晓号难以观测到的位于南极的云的样子。另外，根据对捕捉到的图像进行的分析，明确了现在的金星上存在活火山的可能性。

金星快车号和拂晓号就像姐妹卫星一般，互相的探测计划存在着协作关系。结合两者的数据，或许可以得知金星大气中的物质以怎样的方式运动着。

发现云的新构造

测试过几个观测仪器之后，拂晓号已经开始了对金星的摄影。12月9日，确认入轨成功后，IR1、UVI和LIR拍摄所得的图像被迅速公开。通过连续拍摄这样的静止画面，有望像拍摄视频一样显示出金星大气的运动。

在LIR拍摄的画面中也有新发现。画面中显示云的温度并不均匀，可以看到贯穿金星整体的大规模构造。这种构造是如何形成的，和超级气旋有着怎样的关系，目前都不明了。类似的谜团有可能在今后会被陆续发现。

（本文发表于《科学世界》2016年第5期）