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NASA的木星探測器“朱諾”（Juno）在北京時間今天（7月5日）中午確認(rèn)進(jìn)入木星軌道，即將揭開這顆氣態(tài)巨行星的奧秘。 撰文 喬治·馬瑟（George Musser ） 翻譯 牛天宇 審校 丁家琦 視頻制作 吳非
《科學(xué)美國人》/ 環(huán)球科學(xué)字幕組榮譽(yù)出品 說起來你可能不信，除了太陽，沒有哪個天體對地球生命的影響會大過木星。太陽系之所以能成為今天這樣的面貌，很大程度上也拜木星所為。在太陽系形成的早期，木星這樣的氣態(tài)巨行星四處游蕩，大刀闊斧地為地球掃清了周圍的空間。它可能是早期地球上冰的來源，同時還保護(hù)了我們免受彗星毀滅性的撞擊。然而，到現(xiàn)在為止，木星本身對我們來說很大程度上還是個謎。它是像其他行星一樣緩慢形成的，還是像小型恒星那樣在引力作用下“咻”的一下就產(chǎn)生了？如果它在形成后位置還有過變化，那它最初形成的位置在哪里？ 我們可能很快就會知道答案了。北京時間7月5日凌晨2點，“朱諾”號探測器掠過太陽與木星的引力平衡點，越過木星最外層的衛(wèi)星木衛(wèi)四。北京時間上午11時18分，“朱諾”開啟主發(fā)動機(jī)，進(jìn)行點火減速，成功進(jìn)入木星運行軌道，成為繼1995年的“伽利略”號以來第二個進(jìn)入木星軌道的探測器?！百だ浴碧柼綔y器在軌期間曾多次近距離觀測木星的各個衛(wèi)星，直到2003年按計劃墜入木星大氣。而這次“朱諾”將在距木星表面5000千米的云端繞行37周，以木星本身為主要目標(biāo)，系統(tǒng)地進(jìn)行觀測?！百だ浴碧柼綔y器使用的是核動力，而“朱諾”的電能直接來自于太陽，這也是第一個在外太陽系使用太陽能的飛行器。 “朱諾”安裝了測量行星引力分布的設(shè)備，為了了解木星的內(nèi)層結(jié)構(gòu)，特別是確定其是否有巖石構(gòu)成的核心——如果有，就表明木星是以緩慢的過程形成的。測量木星的元素組成，則可以幫助科學(xué)家確定其最初形成時的位置。1995年，“伽利略”號釋放進(jìn)木星大氣的小型探測器表明，木星大氣中像氮和氬這樣的重元素異常豐富，這可能表明木星是在這些元素較為豐富，即更遠(yuǎn)離太陽的位置形成的。 但是，在木星洶涌激蕩的大氣中，水蒸氣，即氧元素（同為重元素）的含量卻十分匱乏。要么是“伽利略”號探測器碰巧掉在了較為干燥的云上，要么就是理論學(xué)家并沒有徹底理解木星是如何獲取這些重元素的。由于木星云層太過濃厚，地面上的望遠(yuǎn)鏡也沒能幫上太大的忙。而這次，“朱諾”的微波輻射計能夠探測木星表面500千米下云層內(nèi)的含水量。 木星的磁場源要比地球強(qiáng)20000倍，雖然木星半徑比地球大得多，距離削弱了強(qiáng)度，但是在云層頂端木星的磁場也要比地球表面強(qiáng)20倍。在距離太陽如此遙遠(yuǎn)的地方，這樣的磁場顯得過于強(qiáng)烈了。事實上，早在6月25日，“朱諾”距離木星還有800萬公里時，就已經(jīng)進(jìn)入了它的磁場范圍。那么，它的磁場是如何產(chǎn)生的？據(jù)推測，木星可能是一個“金屬巨行星”，而非一個純粹的“氣態(tài)”巨行星，其內(nèi)部的巨大壓力將氫轉(zhuǎn)化為一種金屬流體，從而產(chǎn)生這樣的磁場?！爸熘Z”所攜帶的磁強(qiáng)計將測量它的磁場，并找到它的源頭。在任務(wù)結(jié)束時，我們可能對木星磁場的了解，可能要比地球還要深刻。 今天的點火只是進(jìn)入軌道的第一步。主引擎在北京時間上午11時18分運行35分鐘，這將把“朱諾”的速度從58千米每秒減到原來的百分之一左右，以被木星的重力捕獲。開始的時候，探測器將在周期為54天的軌道運行，與木星的最近距離是4500千米，最遠(yuǎn)距離810萬千米。在這期間，為了防止干擾，所有的科學(xué)儀器都將關(guān)閉，主天線也會指向遠(yuǎn)離地球的方向，我們能接收到的就只有從備用天線發(fā)出的“嗶嗶”聲。這個狀態(tài)將持續(xù)到7月6日，那時探測器才會恢復(fù)采集數(shù)據(jù)。 經(jīng)過兩次變軌，引擎將在10月19日再次運行22分鐘，把探測器調(diào)整至距木星330萬千米，周期為14天的軌道上，這時，主要的科學(xué)任務(wù)將開始進(jìn)行。和普通探測器不同，“朱諾”的軌道將通過木星兩極。它從北極向南運行，以4000到8000千米的高度通過赤道并加速，收集兩小時的數(shù)據(jù)，然后從南極掉頭重新飛向北極。推進(jìn)器將在每次運行一周后調(diào)整軌道，以掃描整個星球。探測器最初的4次軌道位置依次間隔90度，以便獲得粗略的全球地圖，在隨后的變軌過程中持續(xù)補(bǔ)充精細(xì)部分。 這種來來回回的運行軌跡能夠保證探測器在飛行過程中的安全，不受木星赤道周圍內(nèi)輻射帶（inner radiation belt）的影響。“這就好比木星外面有一個甜甜圈，我們就在甜甜圈中間的洞飛來飛去?！卑瑠W瓦大學(xué)WAVES磁層設(shè)備團(tuán)隊的Bill Kurth解釋到。為了更好地起到保護(hù)效果，所有的科學(xué)設(shè)備都在1厘米厚的鈦保護(hù)罩下工作。 雖然有這些保護(hù)，但輻射仍然是這項耗資11億美元計劃的最大限制因素，事實上這也是之前之前科學(xué)家沒有嘗試類似計劃的原因。“這是太陽系內(nèi)最惡劣的環(huán)境。”博思艾倫咨詢公司的太空歷史學(xué)家Matt Bille說。如果到2018年2月探測器主要任務(wù)結(jié)束時，它所攜帶的設(shè)備還沒有完全損壞，團(tuán)隊希望它繼續(xù)運行下去，并逐漸降低近地點，最終像2003年伽利略號那樣在木星大氣中焚毀，這樣它就不可能繼續(xù)在木星軌道上運行，污染木星的衛(wèi)星了——要知道，木星的好幾個衛(wèi)星都有可能存在生命。 轉(zhuǎn)載請先聯(lián)系newmedia@huanqiukexue.com。 《環(huán)球科學(xué)》7月號已上市，點擊文末閱讀原文即可進(jìn)入微店購買。 環(huán)球科學(xué)字幕組首秀，不贊一下嗎？ ↓↓↓ |
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