飛向木星的“朱諾”

王貞虎

2016年7月4日，美國(guó)航空暨太空總署（NASA）迎來(lái)歷史性一刻，耗資11億美元的木星計(jì)劃進(jìn)入緊鑼密鼓的時(shí)段——2011年8月5日發(fā)射升空的朱諾號(hào)（Juno）太空船，在經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)的5年、28億公里的飛行后，終于飛抵木星邊緣，成為繼1995年伽利略號(hào)之后，第二個(gè)進(jìn)入木星軌道的探測(cè)器。

此后，朱諾號(hào)將展開(kāi)為期約18個(gè)月的科學(xué)研究，深入探討木星的構(gòu)成和演化過(guò)程，從而幫助人類(lèi)更了解太陽(yáng)系的歷史，全新演繹整個(gè)行星系統(tǒng)在銀河系中的形成和演變。

飛向“行星巨人”

在古羅馬神話(huà)中，天后朱諾（Juno）是天神朱比特（Jupiter）的妻子。而木星的英文名正是Jupiter——得名于木星是太陽(yáng)系中最大、最重的行星，它比地球重300倍，其質(zhì)量比太陽(yáng)系中所有其他行星之和更大。

在神話(huà)中，朱比特利用魔法變出一團(tuán)薄霧藏身其中，唯有天后朱諾能穿透云霧看見(jiàn)他——NASA將探測(cè)木星的這艘飛船命名為朱諾號(hào)，正是期望它能像天后朱諾一樣，看透木星（Jupiter）的本性。

現(xiàn)在，所有遙控朱諾號(hào)的指令都已經(jīng)精心策劃，準(zhǔn)備完善。從NASA發(fā)出的每一個(gè)指令需要 48分鐘又19秒才能抵達(dá)幾億米遠(yuǎn)的朱諾號(hào)。這些指令將指揮朱諾號(hào)圍繞木星飛行，并利用太空船上的9個(gè)科學(xué)儀器，透過(guò)濃厚的云層近距離地探測(cè)木星并傳回寶貴的數(shù)據(jù)和影像，幫助地球上的人們深入了解木星。

朱諾號(hào)將成為第一個(gè)近距離、完整地探測(cè)木星的太空船。此前，有8個(gè)NASA的太空船都曾經(jīng)飛越過(guò)木星。1995年，NASA發(fā)射升空的太空船伽利略號(hào)曾環(huán)繞木星長(zhǎng)達(dá)8年，它的探測(cè)器曾進(jìn)入木星的大氣層，所傳回的資料推翻了原先科學(xué)家提出的有關(guān)木星合成的理論。

破解木星之謎

關(guān)于木星，許多問(wèn)題仍困惑著科學(xué)家：它是如何形成的？有多少水和氧氣？它是怎樣旋轉(zhuǎn)的？其內(nèi)部構(gòu)造是什么？?jī)?nèi)部有實(shí)心嗎？如果有，有多大？它的巨大磁場(chǎng)是如何產(chǎn)生的？其大氣層和內(nèi)部運(yùn)動(dòng)之間有何關(guān)系？它的極點(diǎn)是什么樣的？為何會(huì)產(chǎn)生極光？

科學(xué)家相信，在太陽(yáng)系內(nèi)，除了太陽(yáng)之外，木星是行星中最早形成的，了解它是如何形成的，將有助于我們了解太陽(yáng)系的起源、地球的形成及生命的起源。

比起地球只有一個(gè)衛(wèi)星（月亮），木星總共有67個(gè)衛(wèi)星。數(shù)目之多，曾有網(wǎng)友開(kāi)玩笑說(shuō)：NASA特地派了Jupiter的老婆Juno前往木星，好監(jiān)督Jupiter和它的一大群小老婆。

木星看起來(lái)像是一個(gè)巨大的氣體團(tuán)，它的快速自轉(zhuǎn)（每10小時(shí)轉(zhuǎn)一次），造成了強(qiáng)大的氣流，將云層涂抹成環(huán)繞木星的帶子，讓它在太陽(yáng)系中顯得格外美麗。木星上有濃厚的云層，朱諾號(hào)將穿透云層去了解木星的大氣層，判定其中的水量和氨氣量——它們的濃度將揭露木星原始的合成體。

木星的主要合成物是氫氣和氦氣。在木星內(nèi)部，氫氣被壓縮成液體，并且可以傳導(dǎo)電力。科學(xué)家相信，木星的快速旋轉(zhuǎn)造成了木星的強(qiáng)烈磁場(chǎng)（約為地球磁場(chǎng)的兩萬(wàn)倍）和全太陽(yáng)系內(nèi)最強(qiáng)的極光。在木星中央，巨大的壓力也許可能使得木星的中心有一個(gè)很硬的、比地球的地核還大的內(nèi)核。

3個(gè)太陽(yáng)能翅膀

2011年8月，朱諾號(hào)從美國(guó)佛羅里達(dá)州順利發(fā)射成功，踏上飛往木星之旅。

地球與木星的距離，最近時(shí)約為3.65億米，最遠(yuǎn)時(shí)約為6.1億米。比起飛往火星，太空船只要花約6個(gè)月就能飛抵木星。但盡管如此，太空船所需的太陽(yáng)能電源仍然頗費(fèi)周折——這是因?yàn)槟拘桥c太陽(yáng)的距離是地球與太陽(yáng)距離的5倍，因此抵達(dá)木星的太陽(yáng)光只有抵達(dá)地球的25分之一。

在朱諾號(hào)以前，曾飛越木星的8個(gè)太空船都使用了核子動(dòng)力源。但核子動(dòng)力在發(fā)射時(shí)存在安全隱憂(yōu)，且可能對(duì)外太空產(chǎn)生污染。因此，朱諾號(hào)選擇了完全靠太陽(yáng)能來(lái)發(fā)電，這使它成為人類(lèi)完全依靠太陽(yáng)能航行最遠(yuǎn)的太空探測(cè)器。

為了完成這個(gè)極大的挑戰(zhàn)，朱諾號(hào)裝備了3個(gè)9米長(zhǎng)的太陽(yáng)能板（共18698個(gè)電池），它們就像是3個(gè)極長(zhǎng)的翅膀，均勻地從太空船的主體往外伸展。

為了有效地運(yùn)用能源，朱諾號(hào)的飛行軌道也經(jīng)過(guò)了專(zhuān)家的特殊設(shè)計(jì)。首先，是飛往木星的軌道——在發(fā)射26個(gè)月后，朱諾號(hào)又重新飛經(jīng)地球，在距地球559公里處于地球擦肩而過(guò)，借由地心引力來(lái)增加飛行速度。其次，借由朱諾號(hào)的轉(zhuǎn)動(dòng)，太空船繞木星的橢圓形軌道也使得它的太陽(yáng)能板能夠一直沉浸在太陽(yáng)光下。

“盔甲”“心臟”抗輻射

木星所放射的輻射，是所有行星中最強(qiáng)烈的，這使得朱諾號(hào)成為第一個(gè)挑戰(zhàn)如此嚴(yán)峻高輻射環(huán)境的太空船。同時(shí)，它也是飛得最靠近木星的太空船，距離最近時(shí)，它離木星云層只有4100千米。如此近的距離，能使朱諾號(hào)的儀器收集到必要的寶貴資料。

但是，如此近的距離也極大地增加了朱諾號(hào)被輻射損壞的危險(xiǎn)。為了抵御輻射損害，朱諾號(hào)“穿上”了最強(qiáng)的盔甲——它擁有1厘米厚、總重180千克的金屬鈦殼，絕大部分科學(xué)儀器都在鈦殼的保護(hù)下，能使其所遭受的輻射強(qiáng)度減弱為800分之一，從而使這些儀器都能正常工作。

朱諾號(hào)的“心臟”，是RAD750抗輻射處理器。它能承受100萬(wàn)倍于足以致人死地的輻射劑量，因此，在木星周?chē)目癖┉h(huán)境中，朱諾號(hào)能持續(xù)正常工作15年才會(huì)出現(xiàn)一次“藍(lán)屏”。

不過(guò)，即使是如此強(qiáng)健的心臟，也終將不敵木星輻射帶來(lái)的破壞力。如果完成預(yù)定觀測(cè)任務(wù)之后，任由朱諾號(hào)在木星周?chē)w行，它終有一天會(huì)心衰而亡，成為飄蕩在木星周?chē)奶绽５@是NASA行星保護(hù)守則不能允許的：朱諾號(hào)攜帶有劇毒的燃料，一旦外泄，將有可能污染可能孕育生命的木衛(wèi)二。因此2018年2月，朱諾號(hào)完成任務(wù)后，它將脫軌進(jìn)入木星大氣并最終被燒毀。

在發(fā)射時(shí)，朱諾號(hào)的重量高達(dá)3513磅。它是第一個(gè)收集極點(diǎn)附近的磁場(chǎng)和極光資料的太空船——它將圍繞木星飛行36圈，每次約14天，每次都會(huì)很靠近木星極點(diǎn)。同時(shí)，朱諾號(hào)的每一次環(huán)繞都會(huì)涵蓋木星的不同部位。這樣，36次環(huán)繞的數(shù)據(jù)整合起來(lái)，將使它能一窺木星的全貌。

帶著“伽利略”飛翔

朱諾號(hào)上雖然沒(méi)有宇航員，卻有3名特殊的乘客——它們是航太級(jí)鋁制積木小人偶，高僅3.8公分，分別代表羅馬神話(huà)中的天神朱比特、天后朱諾和天文學(xué)家伽利略。這是NASA和樂(lè)高積木集團(tuán)合作的教育推廣計(jì)劃中的重要內(nèi)容，希望以此激起孩童探索科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)的興趣。

這3個(gè)“乘客”姿態(tài)各異：天神朱比特手持閃電做成的箭，如同天神的權(quán)杖；天后朱諾手持放大鏡，彰顯她審視事實(shí)的神性——這兩個(gè)人偶清楚表現(xiàn)了朱諾號(hào)的命名緣由。伽利略則一手捧著木星，另一手拿著望遠(yuǎn)鏡，這是為了紀(jì)念他發(fā)明望遠(yuǎn)鏡并用其觀測(cè)木星所取得的杰出成果——其中包括1610年他發(fā)現(xiàn)了木星的四個(gè)最大衛(wèi)星——木衛(wèi)一埃歐（Io）、木衛(wèi)二歐羅巴（Europa）、木衛(wèi)三加尼米德（Ganymede）、木衛(wèi)四卡利斯多（Callisto），后人將這四顆衛(wèi)星統(tǒng)稱(chēng)為伽利略衛(wèi)星。

朱諾號(hào)上還有一件人們送往太空的珍貴禮物——一塊寬7.1厘米、高5.1厘米、重約6克的鋁制銘板。這塊銘板由意大利太空局提供，其上刻有伽利略的自畫(huà)像和他1610年親手寫(xiě)下的木星觀測(cè)紀(jì)錄。

隨著朱諾號(hào)成功進(jìn)入木星軌道，它已經(jīng)踏上了觀測(cè)木星的第一步。值得驕傲的是，朱諾計(jì)劃專(zhuān)家組的10名研究人員中，有7人都是華裔科學(xué)家。未來(lái)，他們必將為我們帶來(lái)更多關(guān)于木星的發(fā)現(xiàn)。（編輯/余風(fēng)）