如果您最近一直在关注太空新闻，您可能听说过“火星样本返回”——美国宇航局雄心勃勃的计划，旨在收集火星岩石样本并将其带回地球进行研究。该任务计划在本十年晚些时候启动，但收集和检索这些样本将是一个长达数年且极其昂贵的过程。
但火星并不是访问距离内唯一的行星。我们为什么不跳到我们的另一个行星邻居金星，并从那里收集样本呢？
这正是一组金星研究人员所提出的建议。我们采访了提案小组的负责人以了解更多信息。
一个古老的想法，其时代已经到来
数十年来，科学家们一直在讨论尝试从金星获取样本的优点，其任务概念的研究早在 20 世纪 80 年代就已开始。尽管火星是近年来最受关注的行星，但行星科学界对更多地了解金星有着浓厚的兴趣，特别是因为它可以帮助我们更多地了解太阳系外的其他行星。
现在，这种情况可能会发生改变，因为美国宇航局将通过两项访问金星的任务拉开金星十年的序幕，欧洲航天局的任务也都计划在下一个十年进行。
之前的金星样本任务从未启动，原因如下：将注意力集中在火星而不是金星上，缺乏实现如此复杂操作的技术，以及金星本质上的冷漠。金星温度很高，大气层极其稠密，为电子设备的运行创造了非常恶劣的环境。
试图飞往金星，向金星表面发送探测器，收集样本，将样本送回轨道，然后将其返回地球，这不仅成本高昂，而且需要重大的技术发展。
这就是为什么一群法国研究人员采取了不同的方法。我们不应该试图收集金星表面的一部分，而应该尝试抓住它的一些大气层。金星大气样本返回任务（VATMOS-SR）是巴黎行星物理研究所的一个小组提出的任务概念，他们正在努力为他们的想法争取支持。
这种方法的最大优点是相对简单。无需将任何东西降落在表面或返回轨道。相反，您可以将一艘航天器发送到远离地球并前往金星的路径上，在那里它将进入大气层并在瓶子中填充大约四升的气体。然后它将继续返回地球。
航天器将没有仪器，也不会读取任何读数。它只是一个收集工具。首席研究员 Guillaume Avice 向 Digital Trends 解释说，这使得它更安全、更容易、更便宜。
“你只需沿着弹道轨迹掠过大气层，”阿维斯说。 “所以去那里、采集样本、然后返回地球只需要一年的时间。”
长期规划
如今，行星科学任务通常涉及将仪器（例如火星漫游车上的仪器）发送到某个地点并让它们进行测量。这种方法提倡收集材料并将其带回地球，在那里我们有更强大、更多样化的仪器来进行研究。
有了来自另一个星球的珍贵样本，一点点就可以发挥很大作用。几升气体的样本就可以让科学家们忙上好几年。
“真正酷的是，你可以获得大量气体，并且可以测量它，不是永远，而是在地球上很长一段时间，”阿维斯解释道。 “如果你想一想，你可以保留一点样本。也许十年后，我们将在地球上拥有一台新的光谱仪，它将对这个样本有用。”
当您了解美国宇航局如何处理阿波罗登月任务期间收集的月球样本时，这种对未来的规划是有意义的。一些样本一返回地球就被分析，但其他样本的存储是基于未来的技术将使它们能够进行新的深度分析。这种长期的方法已经得到了回报， 去年刚刚打开了一个 50 年前的样本，揭示了有关月球地质和历史的信息。
如果我们能够对金星大气层进行类似的采样，其中大部分也可以长期保存。研究人员甚至可以从气体样本中的少数原子中受益，因此几升的样本就足以为整个金星社区提供研究材料。
即将到来的金星任务达芬奇计划对大气层进行类似的测量，但在这种情况下，存在实时紧迫性。该任务包括将一个样本球抛入大气层，因此必须在一小时内采集并处理样本。
这给几十年前的金星任务带来了问题，可能由于校准不正确或通风口堵塞而导致错误的结果。工程师们尽最大努力预测采样可能出现的任何问题，但当任务进入的环境存在太多未知因素时，这就很难做到。
然而，如果样本被带回地球，就有足够的时间来校准仪器和复核结果，使研究结果更加可靠。
以非常高的速度采样存在一些复杂性。当样本收集得如此之快时，会发生一个称为分馏的过程，该过程可以将样本分成不同的部分，但应该可以对此进行纠正。
大气采样任务如何进行
不过，此前没有人尝试过金星样本返回任务是有充分理由的。因为这并不容易。
与金星样本返回任务明显相似的是火星样本返回任务，这是 NASA 和欧洲航天局即将推出的一项合资项目，计划于 2020 年代末发射。这项从火星收集样本的计划涉及多个漫游车、着陆器或直升机，已经酝酿了数十年，而且预算不断膨胀，甚至引起了热心的火星爱好者的担忧。
而金星比火星更不适宜居住，它有厚厚的大气层、硫酸云，压力堪比海洋深处。阿维斯说，试图从金星表面带回样本将是一场“噩梦”，而且“可能比在火星上更昂贵”。
这就是为什么艾维斯的团队提议从行星大气层中采集样本。相对而言，他说：“这非常便宜。”该组织估计此类任务的成本为 1 亿欧元（1.1 亿美元），而目前火星样本返回的成本估计为 8 至 90 亿美元。
然而，即使大气样本相对容易，任何旧的大气样本也无法做到这一点。在非常高的海拔处，大气层非常稀薄，一些分子会因重力而分离出来。因此，要获得具有代表性的样本，您需要低于称为同质绝顶的水平，低于该水平时，大气充分混合以包含存在的所有不同分子。
在金星，同质层顶距离地表约 110 公里（70 英里），因此任务需要到达该水平以下。但你走得越深，任务就越困难。 “所以目标是略低于同质更年期，并有一定的安全余量，”阿维斯说。 “如果我们更深入，它就会变得更具挑战性和昂贵。”
挑战
然而，即使只是穿过行星的大气层也是很困难的。一大挑战是如何确保航天器免受大气摩擦产生的巨大热量的影响。
即将进入行星大气层的航天器——无论是访问火星等其他行星，还是通过我们自己星球的大气层返回地球的航天器——都有一层厚厚的隔热罩，可以保护内部精密部件免受极高温度的影响。
例如，将漫游车运送到火星需要将漫游车包裹在隔热罩中，然后将整个物体（漫游车和隔热罩以及推进器和其他航天器部件密封在一起）放入火箭的鼻锥中进行发射。一旦进入太空，航天器就会部署并前往火星，然后隔热罩会在漫游车穿过大气层着陆时对其进行保护。
然而，对于大气样本任务，您需要一个隔热罩工作两次 – 一次是在金星采样期间，另一次是在将样本返回地球时。目前尚不清楚当前的隔热板技术是否能够胜任通过两次此类暴露来保护航天器的任务。
让隔热罩发挥两次作用“我们真的不知道该怎么做，”阿维斯说。如果可能的话，可能需要多年的开发才能发挥作用。
样本返回地球后如何处理
另一项挑战令人惊讶。您可能认为收集样本是一件困难的事情，而一旦样本返回地球对其进行分析就会很容易。但事实证明，处理气体样品比您想象的要困难。
金星大气层充满了容易蒸发的物质，称为挥发物。这些包括稀有气体和化合物，包括氮、氢、碳和硫。研究这些是了解金星大气层的关键，但它们并不容易运输或研究。
为了正确地将挥发物捕获在样品瓶中，您需要一个非常好的阀门 – 既可以防止样品逸出，也可以防止来自地球大气等其他环境的气体泄漏。这对于隼鸟二号任务来说是一个问题它成功地从小行星带回了样本，但确实经历了地球大气层的泄漏，这可能是由于返回地球期间降落伞展开的冲击造成的。
即使样本返回地球时完全保持原始状态，没有任何泄漏，您仍然需要快速将样本从瓶子转移到更安全的容器中。即使是最严密的阀门在几个月的时间里也会出现一点泄漏，因此您需要一个由多个容器组成的系统，该系统可以捕获样品中泄漏的任何物质并尽可能多地保存。
研究人员正在开发真空系统来提取和分析气体，包括用于隼鸟二号样本的气体，但这仍然是一个新的技术领域，需要开发才能使大气样本返回任务完全有效。
行星科学的未来：原位与样本返回
大气采样任务仍处于概念阶段，该小组希望在欧洲航天局或美国宇航局的下一轮提案中采纳该任务。
这是一个雄心勃勃的计划，但它的概念并不像几年前那样古怪。 “几十年前，样本返回只是一个梦想，并不是真正严肃的事情，”阿维斯说，但现在，随着隼鸟二号等之前的任务以及火星样本返回等即将到来的任务，它正在成为现实的可能性。
而且有可能表明，由于地球和金星之间的轨迹是可能的，而且航天器不必减速，到达表面，然后返回轨道，样本返回可以相对快速且便宜地完成返回地球之前。
该任务可能会快速来回，在一年内返回样本。
“真正酷的是，我们可以在从火星获取样本之前获取金星大气样本，”阿维斯说。 “所以这将是来自另一个星球的第一个样本。”