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飞向木星的“朱诺”
作者◎王贞虎
 

2016年7月4日,美国航空暨太空总署(NASA)迎来历史性一刻,耗资11亿美元的木星计划进入紧锣密鼓的时段——2011年8月5日发射升空的朱诺号(Juno)太空船,在经过漫长的5年、28亿公里的飞行后,终于飞抵木星边缘,成为继1995年伽利略号之后,第二个进入木星轨道的探测器。

此后,朱诺号将展开为期约18个月的科学研究,深入探讨木星的构成和演化过程,从而帮助人类更了解太阳系的历史,全新演绎整个行星系统在银河系中的形成和演变。

飞向“行星巨人”

在古罗马神话中,天后朱诺(Juno)是天神朱比特(Jupiter)的妻子。而木星的英文名正是Jupiter——得名于木星是太阳系中最大、最重的行星,它比地球重300倍,其质量比太阳系中所有其他行星之和更大。

在神话中,朱比特利用魔法变出一团薄雾藏身其中,唯有天后朱诺能穿透云雾看见他——NASA将探测木星的这艘飞船命名为朱诺号,正是期望它能像天后朱诺一样,看透木星(Jupiter)的本性。

现在,所有遥控朱诺号的指令都已经精心策划,准备完善。从NASA发出的每一个指令需要 48分钟又19秒才能抵达几亿米远的朱诺号。这些指令将指挥朱诺号围绕木星飞行,并利用太空船上的9个科学仪器,透过浓厚的云层近距离地探测木星并传回宝贵的数据和影像,帮助地球上的人们深入了解木星。

朱诺号将成为第一个近距离、完整地探测木星的太空船。此前,有8个NASA的太空船都曾经飞越过木星。1995年,NASA发射升空的太空船伽利略号曾环绕木星长达8年,它的探测器曾进入木星的大气层,所传回的资料推翻了原先科学家提出的有关木星合成的理论。

破解木星之谜

关于木星,许多问题仍困惑着科学家:它是如何形成的?有多少水和氧气?它是怎样旋转的?其内部构造是什么?内部有实心吗?如果有,有多大?它的巨大磁场是如何产生的?其大气层和内部运动之间有何关系?它的极点是什么样的?为何会产生极光?

科学家相信,在太阳系内,除了太阳之外,木星是行星中最早形成的,了解它是如何形成的,将有助于我们了解太阳系的起源、地球的形成及生命的起源。

比起地球只有一个卫星(月亮),木星总共有67个卫星。数目之多,曾有网友开玩笑说:NASA特地派了Jupiter的老婆Juno前往木星,好监督Jupiter和它的一大群小老婆。

木星看起来像是一个巨大的气体团,它的快速自转(每10小时转一次),造成了强大的气流,将云层涂抹成环绕木星的带子,让它在太阳系中显得格外美丽。木星上有浓厚的云层,朱诺号将穿透云层去了解木星的大气层,判定其中的水量和氨气量——它们的浓度将揭露木星原始的合成体。

木星的主要合成物是氢气和氦气。在木星内部,氢气被压缩成液体,并且可以传导电力。科学家相信,木星的快速旋转造成了木星的强烈磁场(约为地球磁场的两万倍)和全太阳系内最强的极光。在木星中央,巨大的压力也许可能使得木星的中心有一个很硬的、比地球的地核还大的内核。

 

 

 

 

 

 

3个太阳能翅膀

2011年8月,朱诺号从美国佛罗里达州顺利发射成功,踏上飞往木星之旅。

地球与木星的距离,最近时约为3.65亿米,最远时约为6.1亿米。比起飞往火星,太空船只要花约6个月就能飞抵木星。但尽管如此,太空船所需的太阳能电源仍然颇费周折——这是因为木星与太阳的距离是地球与太阳距离的5倍,因此抵达木星的太阳光只有抵达地球的25分之一。

在朱诺号以前,曾飞越木星的8个太空船都使用了核子动力源。但核子动力在发射时存在安全隐忧,且可能对外太空产生污染。因此,朱诺号选择了完全靠太阳能来发电,这使它成为人类完全依靠太阳能航行最远的太空探测器。

为了完成这个极大的挑战,朱诺号装备了3个9米长的太阳能板(共18698个电池),它们就像是3个极长的翅膀,均匀地从太空船的主体往外伸展。

为了有效地运用能源,朱诺号的飞行轨道也经过了专家的特殊设计。首先,是飞往木星的轨道——在发射26个月后,朱诺号又重新飞经地球,在距地球559公里处于地球擦肩而过,借由地心引力来增加飞行速度。其次,借由朱诺号的转动,太空船绕木星的椭圆形轨道也使得它的太阳能板能够一直沉浸在太阳光下。

“盔甲”“心脏”抗辐射

木星所放射的辐射,是所有行星中最强烈的,这使得朱诺号成为第一个挑战如此严峻高辐射环境的太空船。同时,它也是飞得最靠近木星的太空船,距离最近时,它离木星云层只有4100千米。如此近的距离,能使朱诺号的仪器收集到必要的宝贵资料。

但是,如此近的距离也极大地增加了朱诺号被辐射损坏的危险。为了抵御辐射损害,朱诺号“穿上”了最强的盔甲——它拥有1厘米厚、总重180千克的金属钛壳,绝大部分科学仪器都在钛壳的保护下,能使其所遭受的辐射强度减弱为800分之一,从而使这些仪器都能正常工作。

朱诺号的“心脏”,是RAD750抗辐射处理器。它能承受100万倍于足以致人死地的辐射剂量,因此,在木星周围的狂暴环境中,朱诺号能持续正常工作15年才会出现一次“蓝屏”。

不过,即使是如此强健的心脏,也终将不敌木星辐射带来的破坏力。如果完成预定观测任务之后,任由朱诺号在木星周围飞行,它终有一天会心衰而亡,成为飘荡在木星周围的太空垃圾。但这是NASA行星保护守则不能允许的:朱诺号携带有剧毒的燃料,一旦外泄,将有可能污染可能孕育生命的木卫二。因此2018年2月,朱诺号完成任务后,它将脱轨进入木星大气并最终被烧毁。

在发射时,朱诺号的重量高达3513磅。它是第一个收集极点附近的磁场和极光资料的太空船——它将围绕木星飞行36圈,每次约14天,每次都会很靠近木星极点。同时,朱诺号的每一次环绕都会涵盖木星的不同部位。这样,36次环绕的数据整合起来,将使它能一窥木星的全貌。

带着“伽利略”飞翔

朱诺号上虽然没有宇航员,却有3名特殊的乘客——它们是航太级铝制积木小人偶,高仅3.8公分,分别代表罗马神话中的天神朱比特、天后朱诺和天文学家伽利略。这是NASA和乐高积木集团合作的教育推广计划中的重要内容,希望以此激起孩童探索科学、技术、工程和数学的兴趣。

 

 

 

朱诺号九大仪器

 

 

 

这3个“乘客”姿态各异:天神朱比特手持闪电做成的箭,如同天神的权杖;天后朱诺手持放大镜,彰显她审视事实的神性——这两个人偶清楚表现了朱诺号的命名缘由。伽利略则一手捧着木星,另一手拿着望远镜,这是为了纪念他发明望远镜并用其观测木星所取得的杰出成果——其中包括1610年他发现了木星的四个最大卫星——木卫一埃欧(Io)、木卫二欧罗巴(Europa)、木卫三加尼米德(Ganymede)、木卫四卡利斯多(Callisto),后人将这四颗卫星统称为伽利略卫星。

朱诺号上还有一件人们送往太空的珍贵礼物——一块宽7.1厘米、高5.1厘米、重约6克的铝制铭板。这块铭板由意大利太空局提供,其上刻有伽利略的自画像和他1610年亲手写下的木星观测纪录。

 

 

 

 

 

 

随着朱诺号成功进入木星轨道,它已经踏上了观测木星的第一步。值得骄傲的是,朱诺计划专家组的10名研究人员中,有7人都是华裔科学家。未来,他们必将为我们带来更多关于木星的发现。(编辑/余风)