去年，金星探測器「曉」號悄然結束了運行。2010年它一度入軌失敗，耗時五年再度挑戰，終獲得成功。「曉」號作為日本首個取得成功的行星探測器具有歷史意義，並取得了闡明超級大氣現象之謎等科研成果。金星的英文「Venus」亦有女神之意。本文筆者將回顧勝利女神最終向始終鍥而不捨的「曉」號展露微笑的故事。同時圍繞太陽系探索，本文還梳理了未來一年日本國內外可預見的動向。
金星探測器「曉」號想像圖（供圖：JAXA）
用時五年的「傳奇佳話」
「入軌失敗後，科學家團隊亂作一團。但工程負責人卻說‘我自有辦法，你們靜觀即可’。結果五年後，他真的做到了——這就是那段傳奇佳話。」在2025年12月16日召開的文部科學省宇宙開發利用部會上，國立研究開發法人宇宙航空研究開發機構（JAXA）理事、宇宙科學研究所所長的藤本正樹報告了「曉」號終止運行以及獲得的成果報告，回顧了這段充滿戲劇性的歷程。
發射前的「曉」號（供圖：JAXA，2010年3月攝）
「曉」號是一臺太陽能電池板展開後寬5米、發射時重518公斤的軌道器。為進行觀測，它搭載了5種相機和電波振盪器，開發費用含發射成本在內約250億日元。2010年5月，「曉」號搭乘H2A火箭從地球出發，同年12月嘗試進入金星環繞軌道。然而，主發動機故障導致入軌失敗。故障原因是燃料蒸氣與氧化劑蒸氣發生反應生成硝酸銨，堵塞了燃料管道的閥門。此後，「曉」號便宛如行星一般圍繞太陽公轉。
JAXA團隊並未就此放棄，他們計算出了用於再次挑戰的軌道，同時決定不使用主發動機，僅憑藉姿態控制發動機完成入軌。同時，團隊還下指令捨棄了氧化劑減輕重量，反復進行軌道修正，做了諸多技術調整。
終於，2015年12月，「曉」號與金星再度靠近。團隊巧妙地反復操控姿態控制發動機，成功使探測器進入了環繞金星、13多天的周期軌道（後續又進行了軌道修正）。相較於原計畫周期30小時的環繞軌道，這條軌道為大幅繞行的長橢圓軌道。儘管該軌道在觀測精度上存在不利影響，但業內也認為其具備易於捕捉大尺度空間現象的優勢。巧合的是，「曉」號再次挑戰的日期與首次入軌失敗的日期同為12月7日，團隊在兩天後確認入軌成功。
雖未拍成電影，卻是一段傳奇
「曉」號再次挑戰投入金星軌道，姿態控制發動機點火期間的控制室（供圖：JAXA，部分圖像經處理，2015年12月7日攝）
早在2003年，日本火星探測器「希望」號就入軌失敗過。「曉」號的挑戰關乎日本行星探測任務的首次成功，是一場不容失敗的關鍵考驗。
值得一提的是，截至2010年，日本在行星探測器方面雖未成功，但在彗星、月球、小行星探測器方面已擁有實際成果。說起探測器的傳奇，人們最先想到的是被多次搬上大銀幕的小行星探測器「（初代）隼鳥號」。它歷經千難萬險，遍體鱗傷地於2010年返回地球，將小行星樣本帶給人類，最終在大氣層中燃燒殆盡——這段征程，遠比任何「演員」的銀幕演繹都要震撼人心。但「曉」號的故事，同樣也是一段熱血傳奇：它在孤獨環繞太陽旅行5年之後，終於跨越時光得償夙願，書寫了一段捲土重來的逆襲。
記者會上的項目經理中村（時任）（供圖：JAXA，2015年12月7日攝）
據稱，JAXA的時任項目經理中村正人，在控制室內確信入軌成功時，曾用英語對周圍的人說道：「Our dreams will come true（我們的夢想要成真了）」。這段軼事是他在再次挑戰成功後召開的記者會上親自透露的，但這句話是否在致敬擁有一位與他完全同名同姓成員的日本樂團Dreams Come True便不得而知了。他臉上彷彿寫著「我終於做到了」的釋然暢快的神情，給人留下了深刻的印象。
「曉」號在離開地球升空之前，還曾經歷過搭載火箭變更的考驗。起因是最初預定使用的M5固體燃料火箭運行終止，而更換的H2A火箭，其飛行過程中的振動環境條件與原火箭存在差異，為此項目團隊通過讓太陽帆驗證機「伊卡洛斯」一同搭載等方式進行了調整。「伊卡洛斯」是依靠太陽光壓推動帆面、無需燃料即可前進的「宇宙帆船」，作為全球首款同時以太陽能電池發電的太空船，它同樣取得了重大成果。
「地球的孿生星」：超強宇宙風謎團獲解
金星表面還原圖。中央有火山，熔岩流延伸至前方的平原（供圖：NASA）
金星是一顆在緊鄰地球軌道的內側軌道上繞太陽公轉的岩質行星。其直徑為1萬2000公里，與直徑1萬2800公里的地球相差無幾，質量為地球的0.8倍，常被比作地球的「孿生星」。不過，金星的表面樣貌卻與地球截然不同。它被以二氧化碳為主要成分的濃密大氣所包裹，硫酸雲層阻擋了太陽光，使光線無法抵達金星表面；金星地表環境為90倍地球大氣壓力、460攝氏度，堪稱灼熱地獄。金星還是太陽系中一顆自轉方向與地球等其他行星相反的特立獨行的行星，其公轉周期為225個地球日，自轉周期為243個地球日，自轉周期長於公轉周期。與地球不同，金星不具備固有磁場。
這顆行星最大的謎團之一是大氣環繞速度超過天體自轉速度的超強風現象——「超旋轉（super rotation）」的形成機制。該現象於1960年代被發現，幾乎覆蓋金星全球，在約70公里高度處，風速可達每秒100米，相當於金星自轉速度的60倍。金星、地球及火星的大氣中，均存在南北向的大尺度環流「哈德利環流」，該環流會將赤道附近的熱輸送至極地地區。受此影響，東西向風的強度長期來看本應整體衰減，然而金星上卻不知為何，始終維持著東風的超旋轉現象。
「曉」號入軌後，用中紅外相機拍攝的金星。可見南北向的弓狀圖案（供圖：JAXA）
「曉」號作為全球首顆（地球以外的）行星氣象衛星，向解明這一謎團發起了挑戰。研究團隊開發了利用紫外相飛機高度精度追蹤雲層運動的觀測方法，成功計算出了具體風速，同時通過紅外相機完成了溫度測量。基於這些結果，團隊發現金星大氣受太陽照射出現晝間升溫、夜間冷卻的週期性溫度變化，由此產生的「熱潮汐波」正是超旋轉現象的成因。熱潮汐波產生時對大氣施加的作用力，持續向西推動赤道附近的高層大氣，從而維持了超強風現象。
「曉」號還通過中紅外相機，發現了南北跨距達1萬公里的巨型弓狀圖案，研究團隊同樣通過模擬等手段解明瞭其成因。該圖案是金星大型地形效應下大氣擾動形成的「大氣重力波」向上空傳播，抵達65公里高度後呈弓形擴散形成的結構。
「曉」號的觀測數據還通過被稱為「數據同化」的方法，被應用於模擬的優化改進。未來，人類對行星大氣的深入理解值得期待。
各國投來熱切目光，「曉」號後繼機型亦在探討之中
「曉」號曾多次延長運轉循環，2024年4月出現了姿態保持精度下降和通信中斷。由於探測器已恢復無望，且大幅超出了設計壽命，JAXA於2025年9月終止了「曉」號的運行。
金星探測自1960年代起，曾是美蘇太空開發競賽的舞臺之一，但此後探測焦點轉向火星。美國方面，最近一次執行的任務是軌道器「麥哲倫號」（1989-1994年運行）。但在歐洲軌道器「金星快車」（2005-2014年運行）之後，「曉」號的成功，讓科學界重新認識到金星氣象及火山的重大科學價值。2021年，美國相繼敲定了兩項計畫：由軌道器與下降裝置組成的「達芬奇」計畫，以及軌道器「韋裏塔斯」計畫；歐洲也緊隨其後，敲定了軌道器「願景號」計畫。據悉，印度也規劃了軌道器計畫，俄羅斯則提出了軌道器與著陸器的計畫。儘管目前全球暫無現役的金星探測器，但金星探測的未來前景值得期待。
2025年4月，於東京都內發表演講的JAXA藤本理事
2020年，金星曾據信檢測出了可能由生命生成的磷化氫，但後續研究查明其中存在誤檢可能，此事成為了科學界討論的焦點。
日本的科研人員也正在推進「曉」號後繼機型的研討。新機型將採用子母探測器，應用一種捕捉廣播無線電在金星大氣中發生折射產生的頻率變化的「無線電掩星」探測方法。這是對「曉」號曾使用的無線電掩星技術的升級拓展，可實現對大氣直至低空結構的三維立體探測。
JAXA藤本理事在日本文科省部會上說明稱：「‘曉號’已嘗試探測了金星大氣的運動特徵，它與地球的巨大差異正是我們的研究主題。那麼，太陽系之外的行星又處於怎樣的狀態？我們正考慮將研究拓展至這一方向。」這番話委婉地流露了科研人員對系外行星大氣科學的強烈關注。
太陽系探測動向，即將迎來密集任務年
2026年度，太陽系探測領域或將接連迎來重大事件。日本方面：（1）「隼鳥2號」探測器將於7月接近小行星「鳥船（Torifune）」，在觀測的同時利用重力加速飛行。該探測器於2020年12月將小行星「龍宮」的樣本安全送回地球後，延長任務繼續航行；它將在2027年12月、2028年6月兩次接近地球後，於2031年7月抵達小行星「1998KY26」。
探測水星的「美緒」號想像圖（供圖：JAXA）
（2）日歐聯合水星探測計畫「貝皮·科倫坡」的探測器，將於11月抵達水星。抵達後探測器將分離為兩部分：歐洲的行星探測器「MPO」與JAXA的磁層探測器「美緒」號，分別開展探測。迄今為止，人類僅向水星發射過2顆美國探測器，本計畫在解明水星磁場及內部結構等諸多謎團方面備受期待。
（3）旨在從火星衛星「火衛一（福波斯）」採樣返回地球的「MMX」計畫，其探測器目前計畫於2026年度從地球出發。若任務成功，這將類全球首次實現火星與地球之間的往返飛行。但是計畫搭載該探測器的日本國產大型運載火箭「H3」於2025年12月發射失敗，其故障原因調查與改進方案的進展牽動各方目光。
（4）隨著去年11月歐洲正式敲定日歐聯合小行星探測計畫「拉美西斯」號，相關準備工作正加速推進。該任務的探測目標，是將於2029年4月與地球近距離交會，最近距離僅3萬2000公里的小行星「阿波菲斯」。這顆小行星曾被指存在撞擊地球的風險，是一顆極具話題性的天體，同時從保護人類免受天體撞擊的行星防禦角度看，也備受矚目。「拉美西斯」號將於2028年4月從地球發射，2029年2月抵達「阿波菲斯」。日本將為本次任務提供熱紅外相機、太陽電池板，以及發射任務所用的H3火箭。
探測接近地球的小行星阿波菲斯的「拉美西斯」號探測器想像圖（供圖：歐洲空間局）
當前海外地區關注度較高的，是由美國主導、日本亦參與其中的國際月球探測計畫「阿爾忒彌斯」計畫的最新進展。截至2月24日的資訊顯示，美國與加拿大的4名宇航員最快將於4月搭乘「獵戶座」太空船，執行阿波羅計畫以來時隔53年的首次載人繞月飛行任務。
由日本提供熱紅外相機的歐洲探測器「赫拉」號，將於12月飛抵小行星「迪迪莫斯」及其衛星「迪莫弗斯」。
除上述進展外，中國的消息也格外引人注目：與歐洲合作、用於探測太陽風與地球磁層相互作用的「微笑」號探測器，最快將於4月發射升空；小行星探測器「天問二號」，據悉將於夏季飛抵其目的地之一的「卡莫奧萊瓦」。該任務效仿「隼鳥」號、「隼鳥2」號，以實現小行星採樣返回地球為目標；計畫在月球南極區域著陸的「嫦娥七號」探測器，最快將於8月發射升空。
這些探測器的運用所帶來的「工學」進展，總能成為振奮人心的新聞。而與之相對，基於探測及觀測開展研究而獲得「理學」新知，則需歷經歲月，一步步紮實積累、沉澱。例如，前文提到的「曉」號對「超旋轉」機制的解明，成果在探測器入軌4年半後才發表。阿波羅計畫中採集的月球岩石樣本，歷經半個多世紀至今，仍保管在美國國家航空與太空總署（NASA）的設施中，並建立了一套科研人員樣本分配機制。當下正在進行的探測，經過10年、20年的解析，將如何深化人類對宇宙的理解？我們不妨以長遠的目光，靜待教科書被不斷改寫的未來。
原文：草下健夫 JST Science Portal 編輯部
中文：JST客觀日本編輯部
