本文自《Parker Solar Probe imaging of the night side of Venus》开始整理。在天文观测中，自古以来就有很多关于金星的记载。自20世纪60年代以来，苏联、美国国家航空航天局、欧洲航天局和日本发射探测器执行不同类型的太空任务，希望更多地了解金星。
2020年，美国宇航局的帕克太阳探测器(简称“帕克”)首次在太空中用可见光拍摄了金星表面，并在2021年2月再次拍摄了一系列可见光照片后，公开了他们的分析结果。
本文将介绍金星探测的历史，Pike的探测方法，可见光照片的分析结果，以及金星探测的未来前景。现在，让我们从头开始了解这位闪耀的邻居吧！
始于科学革命的金星之旅
对于地球上的我们来说，月亮是夜空中最亮的天体，但是你知道哪颗“行星”最亮吗？那就是本文的主角，——金星！金星的平均星等，即肉眼看到的平均恒星亮度约为-4.14，仅次于月球的-12.74和太阳的-26.74(数字越小越亮)[1]。金星不仅是地球夜空中最亮的行星，也是太阳系中第三亮的恒星。
天上挂着这么炫酷的东西，科学家绝对不会轻易放过！在科学革命期间(1543-1687)，天文学领域突飞猛进。——哥白尼倡导日心说，牛顿发现万有引力，开普勒推导行星运动定律等等。与此同时，还有著名科学家伽利略。他改进了望远镜。通过观察金星的相位(图1)，即金星表面的光线变化，他得知金星并没有绕地球运行，进而推翻了当时盛行的地心说。
图1:伽利略通过望远镜发现金星和月亮有相同的变化。图片的上半部分是土星、木星和火星。图//NASA此后，许多业余天文爱好者和天文学家蜂拥而至，用望远镜观测金星。很多人声称在背光一侧看到了微弱的灰白光，并称之为“灰光”。
有人认为灰光是金星上的闪电，也有人认为是紫外线穿透金星大气层时氧离子发出的深绿色光(类似于地球上的极光现象)，但实际上没有人能拍下照片并记录下来，所以当时普遍认为灰光只是一种视错觉。到目前为止，这些假设都没有确切的科学依据。[2]
00-1010年来到60年代。1962年水手2号经过金星后，金星4号于1967年进入金星大气层进行分析。结果表明，金星大气中含有约90-93%的二氧化碳，7%的氮气，以及少量的氧气和水蒸气。[3]紧接着在1975年，金星9号测量到表面温度约为485C，云层厚度约为30-40公里。此外，它还拍摄了金星表面的180度全景照片(图2)，这是历史上第一个将金星照片发回地球的探测器。[4]
图2:1975年10月22日，Venera 9拍摄了第一张金星表面的照片。图//NASA金星大气覆盖着厚厚的硫酸云，不仅反射了约75%的太阳光，还阻挡了金星表面的大部分可见光。因此，科学家们决定使用雷达仪器绘制金星表面的地图。20世纪90年代，麦哲伦利用雷达对金星表面的火山、陨石坑等地貌进行了多次测绘。其清晰度堪比可见光测绘，可以说是目前最详细的金星地图(图3)。[5]
图3:基于麦哲伦数据的金星视图。图//NASA此后，科学家们进一步利用近红外(NIR)来观测金星的背光表面，因为近红外(波长0.751.5 m)有利于弱光环境下图像的生成，而这个波段恰好是大气透明度最高的范围，因此可以更清晰地看到金星表面。1998年，Cassini在0.85微米米的波长上观测到了金星，遗憾的是，这种方法在技术上很难突破，因为辐射强度会随着波长的变短而迅速降低。直到2020年，帕克才最终捕捉到金星表面波长更短的辐射。
不断演进的金星探测技术
2018年8月，长枪发射，飞向太阳(图4)。为了在这段漫长的旅程中节省燃料，派克总共要进行7次重力辅助飞越(VGA)，并利用金星的重力来逐步修正飞行轨道。最终在2025年到达距离太阳中心10个太阳半径(约690万公里)的地方，执行日冕和太阳风的测量任务。
七次重力辅助飞越(VGA)的时间历程如下[6]:
VGA1:201
8 年 10 月 3 日
截至目前（2022 年 3 月），派克号顺利完成了前 5 次 VGA。在 VGA1 和 VGA2 期间，派克号都没有任何动作。
后来，科学家认为可以利用其搭载的 WISPR 望远镜（Wide-Field Imager for Parker Solar Probe）观测金星云层。WISPR 可说是派克号的灵魂之窗，但它并不只是一座望远镜，而是两座宽频光学望远镜—— WISPR-I（Inner）和 WISPR-O（Outer），两者配备的滤光片都只能让可见光（波长 0.5–0.8 μm）通过。
于是，在 VGA3 和 VGA4 期间，科学家突发奇想，让 WISPR 对準金星的向光面和背光面，分别拍下照片，想藉此测量云的速度。没想到 WISPR 竟然直接穿透了厚重的云层，以可见光拍摄到明暗不一的表面，同时达成「以光学望远镜观测金星表面」和「从太空拍摄金星表面的可见光照片」两项创举。
这时候，问题来了！WISPR 的最短曝光时间是 2 秒，但金星的向光面太亮了，拍出来的照片张张过曝、过饱和，还产生假影，使得原图和电脑重组照片有所误差。为了避免这样的问题，科学家只好放弃拍摄向光面，改以背光面的照片作为研究材料。
WISPR 拍摄的可见光照片
VGA3 期间拍摄的照片只有两张可以用，其中一张如下（图五，黑白部分）。在这张照片长达 18.4 秒的曝光期间，派克号不断被宇宙尘埃（漂浮在太空中的小颗粒）撞击，造成隔热罩上的材料烧毁，留下许多水平方向的刮痕。若是忽略刮痕，可以清楚看到明暗不一致的区域，而造成颜色深浅不一的主要原因就是金星的地形特徵。
藉由比对 WISPR 照片与麦哲伦的雷达地形图（图五，彩色部分），科学家得以了解温度如何随高度变化。图中黑色（红色）部分是金星最大的高地区域，位于阿芙萝黛蒂高地（Aphrodite Terra）西边的奥瓦达区（Ovda Regio）——越接近白色的区块越热，是低海拔地形；越接近黑色的区块则越冷，是高海拔地形。
有了 VGA3 的失败经验后，VGA4 的照片就没有出现刮痕了，而且还从不同的角度拍到了金星表面（图六）。在 VGA3 期间，派克号是从金星后方飞越，因此 WISPR 拍到的是金星的东侧边缘；在 VGA4 期间，派克号则是从金星前方飞越，因此 WISPR 拍到的是金星的西侧边缘——这让科学家能够更细微、更全面地观察金星的背光面。
金星探测的未来展望
虽然金星、地球和火星都是在同一时间形成，现在却大不相同——火星的大气层非常稀薄，而金星的大气层非常厚重。为了解开这个谜团，NASA 和 ESA 在 2021 年 6 月宣布了 3 项全新的金星探测任务，分别是 VERITAS[7]、DAVINCI[8] 和 EnVision[9]。这些任务将进一步探测金星的大气、地质和其他条件，了解这颗星球是否曾经宜居，又是如何演变成现在的样貌。
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