引言
自 1961 年前蘇聯發射金星 1 號飛船以來，人類共發射了 42 顆金星探測器，金星的神秘面紗也隨著人類的不斷造訪被逐漸揭開。50 多年的金星探索之旅得來的各種數據表明: 金星獨特的地理環境、大氣特性，具有不同尋常的令人難以捉摸的怪異，為人類留下很多未解之迷。
經過探索發現: 雖然金星自轉速度相對較低，但其表面大氣反而表現得有規律的周期性。金星赤道自轉速度為 1． 81m/s、而大氣中的強風速度最高竟達 110m/s，乃是前者的 60 倍。這種“超旋轉”現象從發現至今已近 40 多年，但一直還是個不解之謎，只有經過更深入的探測研究才能揭示其機理。對金星大氣進行立體結構的觀測以及結合金星地表結構、溫度進行綜合分析是一種有效的解決辦法。
然而，多次的航天探測表明，金星的濃密大氣，使得航天器難以拍到清晰的地表照片，金星的高溫，使得登陸探測器工作時間有限，探測活動的收獲不夠理想。1989 年美國的麥哲倫\\( Magellan\\) 金星 SAR成像探測使人們清楚地看見金星的地表特征，但其不能揭示出金象地表的溫度特征。在此以后，對金星探測近、中、長期科學目標相對較為清晰，近期即充分利用前期已表明的金星大氣模型參數，并利用金星軌道衛星長期測繪特點，進行有選擇的光譜探測以揭示金星表層上的立體結構，設法推理出金星的演化歷史。
此外、在長期的金星觀察過程中，科學家們總結出下列的金星表層大氣經驗公式:【1-2】
公式\\( 1\\) 表明了金星表面上大氣溫度與高度的關系，公式\\( 2\\) 表明大氣密度與高度關系?？梢韵胂? 通過表層溫度的精確探測，可以反推出其地表特性以及表層大氣特性，反演出大氣活動規律。另一方面，如結合高度計的聯合數據，也可驗證公式的適用性。因而，選擇合適的窗口頻率進行表層溫度探測具有深遠意義。2005 年 ESA 的金星快車任務以及 2010 年日本的行星-C 都試圖通過對金星表層上的立體結構遙感探測解釋金星未解之迷，雖然行星-C 沒有成功，但金星快車取得的數據可說明選擇的合理性。
1 金星大氣模型
及金星快車 VIRTIS 窗口頻率根據前期探測數據可知: 金星大氣主要是 CO2、N2，以及中間層的 SO2。中間的 SO2存在使可見光探測不可能，濃密的 CO2又限制了紅外探測的應用，高的大氣密度又必須尋找更寬的窗口頻段以有效減少頻譜展寬的影響，圖 1 是資料所表明的金星成份參數，圖 2 是資料所表明的金星三層結構?！緢D1.圖2，略】
金星表面觀察必須選擇有效寬窗口以有效穿透上述結構。2005 年 ESA 的金星快車中的 VIRTIS 是一種工作于近紫外、可見光和紅外波段的成像光譜儀，VIRTIS 合適的選擇的二個窗口頻率 1． 02um和1． 3um開展表面溫度測量和研究，其表面溫度成像數據與 Magellan 探測 SAR 成像數據取得了相一致的結果。
雖然無法得之 ESA 科學家的原始設計理驗，但從氣體成份分子譜線出發可以佐證其選擇的前提。圖3、圖4 分別基于 HITRAN 頻譜數據庫入手得到其窗口和加入了水汽成份后的窗口消失圖?！緢D3-4.略】
通過驗證表明: 近紅外1． 02um 確實是一個非常合適的金星大氣探測窗口，但另一方面也驗證了無需考慮水汽的極小量影響。但是，這個窗口頻帶下的太陽輻射能量同樣很強列，因而金星快車近紅外頻點表面溫度探測僅能探測金星背陰面的地表特性，要做到全天候金星全球適時地表遙感，更低的頻率 THz 是比較合適的選擇。
2 金星大氣模型下的 THz 窗口特性
在 THz 頻段，很多氣體分子的特征譜線均落到這個頻段，水汽以及地球上的很多痕跡氣體在此頻段有強烈的吸收譜線，但在金星上，這些氣體是有待探測確定的痕跡氣體，即使有也極其微量，相對于金星中也已探明的氣體是微不足道，探測金星表面溫度 THz 遙感同樣基于圖 1 中所論述的大氣模型進行寬窗口選擇，圖 5 中反映出 THz 頻段下的寬窗口特性。
可以看出，THz 頻段其窗口相對帶寬可達到20% 以上，比圖 3 近紅外端 8% 左右更寬，很適合進行全天候下金星表面遙感探測頻點選擇。
3 金星表面溫度下近紅外與 THz 窗口性能比較
前期各項金星探測表明，金星表面溫度雖然準確數值點沒有具體統一標準，但基本可以認定在700K ～ 900K 之間，其表現的最大表面輻射在 7um左右。但這個波長則處于金星大氣 CO2的強輻射帶中，金星快車所選擇是基于地表輻射的高端窗口，而選擇 THz 頻點則是基于其低端窗口，通過普朗克黑體近似計算可以發現: 低端更加有其優越性。圖6 ～ 圖 8 分別反映出相對黑體計算輻射結果以及 2個窗口頻率下的輻射特性?！緢D6-8】
通過曲線比對，可以看出，選擇 THz 窗口具有 2個明顯優點:
1\\) 相同的地表溫度下，THz 窗口輻射強度比近紅外輻射強度高 1 至 2 個數量級。
2\\) 相對應的地表溫度下，選擇 THz 窗口具有相當一致的線性特性，后期的數據處理和峰值點逼近相對簡單。
另外，基于金星至太陽的距離而計算可以得到:
高端近紅外窗口的輻射量與其地表的輻射相當，這也是 VIRTIS 只能在背陰面窗口探測的原因，如選擇THz 窗口則可實現全天候下進行金星表面遙感探測。
4 金星表面其成份、痕跡氣體多功能 THz遙感探測構想
圖 5 中低頻邊帶反映是 SO2特征譜線分布，而高頻邊帶則反映是 CO2特征譜線分布，從而在選擇THz 窗口特性在進行窗口頻譜細分時，完全可以在進行金星表面溫度探測的同時，利用窗口上下氣邊帶探測成份氣體特性，達到成份氣體隨高度細分探測的目標。此外，也可利用痕跡氣體\\( 金星大氣中，微量氣體成份如 HF、HCl、H2S、H2O 都可認為是痕跡氣體\\) 的 THz 特征譜線進行臨邊下的窄帶遙感探測，從而實現多功能遙感探測目標。圖 9 顯示出基于上述論證金星 THz 窗口下的微量氣體 HF、HCl 譜線分布情況，可以看出同等條件下的輻射特性比成份氣體譜線強度高 4 ～ 6 個數量級，遙感探測完成可行。
5 結論
文章引證金星快車中的載荷探測數據，以說明從金星大氣模型出發，選擇合適的窗口頻點是實現對金星表面探測的有效手段，并提出基于 THz 金星窗口全天候金星表面遙感探測的構想，在我國進行深空項目目標論證中，希望起到拋磚引玉的作用。
國外對 THz 的頻譜遙感探測研究較為深入，NASA 的 DIRBE、FIRAS、MIPS 項目，ESA 的 ISO、日本的 ASTRO 等均對 THz 大氣特性進行研究，其中Herschel 中的 Pacs 將 60um ～ 200um 分成 2 個焦平面成像頻率區間，最為典型的日本 SAFARI 項目中更是將 34um ～210um 細分至 3 個波段，基于目前狀態下的金星 THz 窗口\\( 30um ～39um\\) 遙感完全可以工程實現。
目前，需要制冷限制了 THz 遙感的深空應用，但隨著新型材料如石墨烯等、新工藝技術\\( 美專利US7557349 bolometer-type THz-wave detector 是一個很好的探測思路\\) 進步，會逐漸突破制冷技術或無需制冷，THz 頻段的工程應用將會越來越廣泛。
參考文獻:
［1］ Challenges of a Venus Entry Mission: Anita Sengupta1U．S． Government work not protected by U． S． copyright．IEEEAC paper #1505，Version 4，Updated December 22，2010．
［2］ Atmospheric Environments for Entry，Descent and Landing\\( EDL\\) : C． G． Justus，R． D． Braun．
