十問(wèn)“朱諾”號(hào)

鄭佳文

2016年7月5日，全世界都被一顆行星刷屏了。是朱庇特（Jupiter），太陽(yáng)系八大行星中最大的木星。美國(guó)國(guó)家航天航空局（NASA）當(dāng)天證實(shí)，在接近5年的飛行之后，“朱諾”號(hào)（Juno）探測(cè)器成功進(jìn)入木星軌道。距離第一任“伽利略”號(hào)結(jié)束木星探測(cè)任務(wù)，人類(lèi)和木星已經(jīng)分離了13年。

人類(lèi)對(duì)木星的了解有多少？“朱諾”號(hào)到達(dá)木星軌道有何意義？了解木星對(duì)人類(lèi)有多重要？本文將回答這些問(wèn)題。

1、木星有什么特點(diǎn)？

木星是太陽(yáng)系八大行星中體積最大、自轉(zhuǎn)最快的行星。它的直徑約為14.3萬(wàn)公里，體積是地球的1321倍，質(zhì)量是地球的318倍。木星是個(gè)氣態(tài)巨行星。之所以體型龐大，是因?yàn)槟拘蔷哂型淌勺饔茫热缢驮淌蛇^(guò)一個(gè)10倍地球大小的行星。木星是如此龐大，以至于太陽(yáng)系內(nèi)所有其他行星都可以被塞進(jìn)木星的“大肚子”里。

2、木星是如何形成的？

45億年前，太陽(yáng)系所在的位置是一團(tuán)濃厚的氣體塵埃云。在萬(wàn)有引力的作用下，粒子加速凝聚，最后整個(gè)質(zhì)量坍縮成一個(gè)致密的天體（太陽(yáng)）。太陽(yáng)形成后，剩下的氣體和塵埃變成一團(tuán)圍繞太陽(yáng)的氣云;經(jīng)過(guò)粒子互相碰撞再組合，形成了圍繞太陽(yáng)旋轉(zhuǎn)的行星，而木星就是太陽(yáng)的第一個(gè)“孩子”。

木星所在之處被稱(chēng)為“凍結(jié)線”。在那里，大量氣體和塵埃凝結(jié)后形成一個(gè)巨大的天體，不斷吞噬周?chē)潜P(pán)里的氫。有一種假說(shuō)認(rèn)為，在太陽(yáng)系初期，木星存在固體內(nèi)核，后來(lái)由于吸收了大量氣體和塵埃，木星內(nèi)部氣體在快速的自轉(zhuǎn)下產(chǎn)生高溫，將固體內(nèi)核融化了。因此，木星現(xiàn)在沒(méi)有實(shí)體表面，而是一顆由90%的氫和10%的氦及微量的甲烷、水、氨水和二氧化硅組成的氣態(tài)行星。

由于與太陽(yáng)的構(gòu)成元素相似，木星又被稱(chēng)為“小太陽(yáng)”或“褐矮星”（失敗的恒星，質(zhì)量介于最小恒星與最大行星之間的天體）。木星及其數(shù)量眾多的衛(wèi)星又構(gòu)成了一個(gè)小型的太陽(yáng)系，有科學(xué)家甚至相信木星的衛(wèi)星中存在宜居地。

3、木星上有什么奇特現(xiàn)象？

木星上最奇特的現(xiàn)象莫過(guò)于“鉆石雨”。科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，木星大氣中的甲烷在強(qiáng)閃電的作用下會(huì)變成煤灰態(tài)的碳;在煤灰下降的過(guò)程中，逐漸增強(qiáng)的氣壓會(huì)讓碳轉(zhuǎn)化為石墨;下降4000英里后，瞬間的高溫高壓又會(huì)讓石墨轉(zhuǎn)化為金剛石。

不過(guò)，遺憾的是，金剛石繼續(xù)下降兩萬(wàn)英里到木星內(nèi)部后，內(nèi)核的高溫高壓可能讓金剛石再次熔解成一片由液態(tài)碳構(gòu)成的汪洋。

4、在“朱諾”號(hào)之前，有其他探測(cè)器進(jìn)入木星軌道嗎？

在“朱諾”號(hào)之前，同樣由NASA發(fā)射的“伽利略”號(hào)曾在1995年進(jìn)入木星軌道。“伽利略”號(hào)1989年從地球出發(fā)，歷經(jīng)6年到達(dá)木星軌道。在木星工作的8年期間，“伽利略”號(hào)圍繞木星運(yùn)行30多圈，向地球發(fā)送了萬(wàn)余張照片。通過(guò)“伽利略”號(hào)，人類(lèi)第一次清晰地看到木星及其表面的細(xì)節(jié)，科學(xué)家第一次對(duì)木星的大氣進(jìn)行直接測(cè)量。

到2003年，“伽利略”號(hào)燃料消耗殆盡。由于“伽利略”號(hào)在發(fā)射前未經(jīng)過(guò)消毒無(wú)菌處理，為了不讓“伽利略”號(hào)給木衛(wèi)二帶去可能的生命體，“伽利略”號(hào)用最后剩下的燃料撞向木星，完成了使命。自此，人類(lèi)和木星一別13年。

5、“朱諾”號(hào)的命名有何深意？

朱諾是希臘羅馬神話中天神朱庇特的妻子。朱庇特曾惡作劇地在身體周?chē)圃煲粚颖§F將自己藏起來(lái)，其他神和人都無(wú)法看見(jiàn)被薄霧包裹的他，只有朱諾能夠透過(guò)薄霧看到朱庇特。科學(xué)家們希望通過(guò)“朱諾”號(hào)去“驅(qū)散”包裹著木星“朱庇特”的薄霧。

6、“朱諾”號(hào)怎樣到達(dá)木星軌道？

2011年8月，造價(jià)高達(dá)11億美元的“朱諾”號(hào)被發(fā)射進(jìn)入地球繞太陽(yáng)的公轉(zhuǎn)軌道。繞太陽(yáng)狂奔近兩年后，2013年10月，“朱諾”號(hào)回到地球附近，利用地球的引力彈弓效應(yīng)進(jìn)一步加速，進(jìn)入火星軌道。接著，“朱諾”號(hào)沿著火星軌道跑一圈后，開(kāi)始沖向木星。2016年7月5日，在歷經(jīng)4年11個(gè)月、跨越28億公里后，“朱諾”號(hào)終于到達(dá)木星軌道。

7、“朱諾”號(hào)將面臨什么樣的任務(wù)環(huán)境？

這次任務(wù)被媒體稱(chēng)為宇航界最膽大、最艱難的一次任務(wù)。首先，木星是太陽(yáng)系里最大的行星，這里有著太陽(yáng)系最強(qiáng)大的磁場(chǎng)和輻射。“朱諾”號(hào)靠近木星后，將承受高達(dá)2000萬(wàn)拉德的輻射，而太空中的輻射只有 0.39拉德。

其次，木星自轉(zhuǎn)速度很快，自轉(zhuǎn)一圈只需要不到10小時(shí)。在高速的自轉(zhuǎn)下，各種被離心力甩出的物體都將成為木星對(duì)外發(fā)射的“武器”，“朱諾”號(hào)有可能遭遇無(wú)妄之災(zāi)。

除此之外，木星被大大小小60多個(gè)衛(wèi)星天體包圍，這些天體的引力可能對(duì)“朱諾”號(hào)的飛行軌道產(chǎn)生影響。 怎樣精確地穿過(guò)它們、怎樣修正運(yùn)行軌道，都是科學(xué)家面臨的難題。

8、“朱諾”號(hào)攜帶著什么特殊裝備？

要保障“朱諾”號(hào)順利執(zhí)行任務(wù)，科學(xué)家首先要解決的是能源問(wèn)題。木星距離太陽(yáng)5.205天文單位，日照量為地球的1/25，因此，“朱諾”號(hào)配有3個(gè)太陽(yáng)能電池板，每個(gè)電池板長(zhǎng)達(dá)20米。

其次，木星的強(qiáng)磁場(chǎng)和輻射會(huì)讓普通探測(cè)器徹底報(bào)廢。為此，科學(xué)家制作了一個(gè)1厘米厚、重達(dá)400磅的鈦合金防護(hù)罩，將“朱諾”號(hào)所有的科學(xué)儀器都保護(hù)在下面。

此外，科學(xué)家還為“朱諾”號(hào)設(shè)定了一個(gè)拉長(zhǎng)版的橢圓軌道，這樣可以避免探測(cè)器與木星輻射帶長(zhǎng)期接觸。

9、我們可以期待“朱諾”號(hào)有什么發(fā)現(xiàn)？

按照NASA的規(guī)劃，每隔14天，“朱諾”號(hào)將環(huán)繞木星一周。每繞過(guò)木星極點(diǎn)，“朱諾”號(hào)的軌道就會(huì)發(fā)生一點(diǎn)變化，以便掃描不同的區(qū)域，全景探測(cè)木星。

“朱諾”號(hào)將環(huán)繞木星運(yùn)行20個(gè)月，收集有關(guān)該行星核心的數(shù)據(jù)，描繪其磁場(chǎng)，并測(cè)量大氣中水和氨的含量。另外，“朱諾”號(hào)還會(huì)觀察木星表面著名的大紅斑，一個(gè)持續(xù)了數(shù)百年的風(fēng)暴，從而揭示其深層的秘密

首先，“朱諾”號(hào)將從木星的北極點(diǎn)觀測(cè)極光，計(jì)算木星云層里的含水量， 檢測(cè)木星大氣的具體成分，測(cè)量木星環(huán)的寬度。它呈現(xiàn)的木星磁場(chǎng)圖像，將幫助科學(xué)家研究木星的內(nèi)部動(dòng)力學(xué)，了解木星表面的大紅斑和強(qiáng)對(duì)流云如何形成。

其次，“朱諾”號(hào)還將驗(yàn)證木星是否存在固態(tài)核心，讓科學(xué)家進(jìn)一步了解這顆巨大的氣體行星如何形成。“木星是太陽(yáng)系第一顆行星，起源于太陽(yáng)形成后的殘留氣體和塵埃，而地球又起源于木星形成后的殘留氣體和塵埃，”NASA說(shuō)，“也就是說(shuō)，了解木星的構(gòu)成對(duì)揭示太陽(yáng)系甚至地球的起源至關(guān)重要。”

最后，“朱諾”號(hào)對(duì)木星重力的研究有助于人類(lèi)了解地球的宇宙環(huán)境。美國(guó)科學(xué)家認(rèn)為，木星的強(qiáng)大引力還曾將另一顆神秘的巨大行星踢出太陽(yáng)系，木星因此跳躍到更高的軌道，這才為地球和火星的存在制造了條件。

10、“朱諾”號(hào)的結(jié)局如何？

盡管擁有多重保護(hù)，“朱諾”號(hào)依舊會(huì)在木星高輻射、高壓強(qiáng)下逐漸癱瘓。 在環(huán)繞木星7圈后，木星磁場(chǎng)會(huì)徹底摧毀“朱諾”號(hào)搭載的相機(jī)。屆時(shí)，它將在“全瞎”的狀態(tài)下利用其他探測(cè)器探測(cè)木星的磁場(chǎng)、重力和等離子場(chǎng)等等。

和前任“伽利略”號(hào)一樣，在環(huán)繞木星32圈、跨越2700英里后，科學(xué)家會(huì)在2018年2月左右讓“朱諾”號(hào)撞向木星，在木星的大氣中毀滅。