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发布时间:2016-07-22   来源:   点击:5072

 

五年没白追,朱诺号探测器抵达木星“查岗”!

朱诺号探测器成功抵达木星。图片来源:NASA

最近有个段子,说是天神的老婆终于追上“查岗”去了……好吧这有点儿冷。

 

NASA的朱诺号(Juno)探测器,经过近5年的太空航行,成功飞抵太阳系最大的行星——木星。持续35分钟的主引擎点火减速之后,北京时间7月5日中午11:53,朱诺号探测器成功进入环绕木星运转的轨道。

朱诺号上的主引擎Leros-1b能够提供645牛顿的推力,持续35分钟的点火让探测器的速度减慢了542米/秒,使得探测器能够被木星的引力所俘获。点火完成后不久,朱诺号调整了姿态,以便让阳光再次照射到探测器携带的超大太阳能板上,为朱诺号接下来的科学探测提供电力。

未来几个月内,朱诺号的任务及科学团队将对探测器上的子系统进行最终的检测,对科学设备进行最终调试,并开始采集一些科学数据。

木星探测史

朱诺号并不是第一个抵达木星的探测器。在此之前,已经有好几个航天器从木星附近路过,最早的一个是1973年飞掠木星的先驱者10号。甚至,朱诺号也并非第一个环绕木星的航天器。早在1995年,NASA的伽利略号探测器就抵达了环绕木星的轨道,还向木星的大气层中释放了一枚重340千克的探测器,发回的数据表明木星上风力强劲且湍流不断,并精细地测量了木星大气的化学成分。

在环绕木星飞行的8年时间里,伽利略号探测器证实了这样一个观点,即木星纤细的光环由木星最内侧小卫星上吹起的尘埃颗粒构成。它还在木卫一(Io)的火山上测得了高达2800度的高温,并且找到了其他3颗大卫星——木卫二(Europa)、木卫四(Callisto)和木卫三(Ganymede)冰面以下存在海洋的证据。

朱诺号是第二个环绕木星展开探测的航天器。与伽利略号不同,朱诺号的轨道将经过木星的两极,让我们能够首次近距离观测木星的极区。在一次又一次从木星云层的顶层上方近距离掠过的时候,朱诺号将测量微波辐射、重力场和磁场,让科学家有机会一窥木星内部深层的构造。

哈勃空间望远镜拍摄的木星极光,朱诺号探测器将近距离观测这些极光,增进我们对于木星磁场的了解。图片来源:NASA, ESA, and J. Nichols (University of Leicester)

朱诺的任务

朱诺号的首要目标是了解木星的起源和演化。借助它所携带的9台科学设备,朱诺号将探查木星是否拥有一个固态行星内核,绘制木星强大磁场的分布图,测量大气深处水和氨的含量,并观测这颗行星上的极光。这项任务还将帮助我们更进一步了解巨行星如何形成,了解这些行星巨人在太阳系其他部分形成的过程中起到过什么样的作用。作为气态巨行星的最主要范例,木星还将提供关键知识,帮助我们理解太阳系外其他恒星周围正在不断发现的行星系统。

找水

关心木星上有没有水,似乎有点奇怪,但这确实是朱诺号的科学家关注的主要问题之一。

在火星上,NASA的策略是找水,这决定了火星上是否曾经存在过适宜生命生存的环境。而木星,由于引力极大、辐射极强,明显不适合生命生存。不过,科学家对木星上的水产生兴趣的原因,并不是生命。

科学家关心的问题其实是,“氧去哪了?”木星上的绝大部分重元素,比如氮和碳,含量都比太阳上高得多,唯独氧元素很稀缺。因此,科学家预期,木星上的氧原子可能与氢原子结合成了水分子。

朱诺号探测器将对木星发出的微波辐射进行测量,这将透露木星内部的温度有多高,并透露有多少水藏在那里,因为水分子会吸收微波。

如果朱诺号找到了大量的水,那就意味着木星形成于远离太阳的寒冷区域,后来才迁移到了现在所处的轨道上。

那为什么相比太阳,木星会含有更多的重元素呢?这也是一个未解之谜。一个假说认为,更重的元素来自于彗星,它们撞入了木星,被木星吸收了。

除了科学设备以外,朱诺号上还携带了3个特制的乐高人偶,从左往右分别是伽利略、朱诺和朱庇特。图片来源:NASA

木星之心

木星的中心有没有一个岩石内核呢?

测量木星的重力场,将透露木星内部质量的分布状况。如果那里真有一个岩石核心,那行星科学家就不得不解释岩石星球如何能够在太阳系那么早的时期就形成。如果没有岩石核心,那木星就形成于气体云的坍缩,跟太阳的形成过程差不多。

金属氢

木星几乎完全由氢和氦构成——这是宇宙中最简单的两种元素,也是含量最丰富的两种元素。

冷却氢和氦这两种气体,它们会变成液态。而在木星内部,科学家认为氢还会经历另一个相变,变成一种金属。科学家还没有能力在地球上创造出金属氢。

在实验室里,氢已经被挤压到了压强高达每平方米数十亿千克力,却仍然顽固地保持着非金属态。木星内部的压强要比地球实验室里可以达到的压强高出数十倍。

木星的磁场可能就由金属氢中的电流产生。通过研究木星的磁场,科学家将有机会窥探这种奇异物态的特性。

欧洲南方天文台拍摄的红外波段木星影像(左图),和天文爱好者几乎同时拍摄的可见光波段木星影像(右图)。红外影像揭露了木星云层以下的部分结构,而朱诺号将观测木星发出的微波辐射,能够探测木星云层更深处的内部构造。图片来源:L. Fletcher / Damian Peach / ESO.

20个月,37圈

朱诺号将在长椭圆轨道上环绕木星运行2圈,每一圈的周期为53天。10月19日,朱诺号将再次启动引擎,转移到一条周期为14天的轨道上,开始获取科学测量数据。按照目前的计划,环绕木星第37圈时,也就是2018年2月20日,朱诺号将主动坠入木星大气层,从而终结此次探测任务。

花了5年时间才飞抵木星,耗资11亿美元的朱诺探测器,为什么只探测20个月就打算要“壮烈”呢?

原因在于,朱诺号探测器比以往所有去过木星的探测器都要更加靠近木星,因而会受到木星附近辐射带中高能带电粒子的轰击。尽管朱诺号在设计时就考虑到了辐射问题,专门配置了140千克重、SUV旅行车大小的钛制防护罩,但随着任务的进行,朱诺号探测器上的电路会受到越来越多高能粒子的直接冲击。最理想的情况下,任务有可能延期数月,但探测器上的电子器件应该坚持不了太久。

那为什么又要采用“自杀”这种壮烈的方式来终结任务呢?

此前的伽利略号探测器,在完成任务之后,也以同样的方式坠毁在了木星大气层中。这为了确保来自地球的探测器不会意外坠毁在木卫二上。木卫二被视为是太阳系里最有可能存在生命的地方,那里的冰层之下存在一片液态水的海洋。如果朱诺号意外坠毁在那里,从地球上“偷渡”过去的微生命,就有可能污染那片海洋。

无论如何,已经抵达木星的朱诺号探测器,将刷新我们对于木星甚至我们太阳系的认知。(编辑:不启轩)

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