“朱诺号”拜访“朱庇特”
2016/7/5 三联生活周刊

     美国国家航空航天局(NASA)有一个惯例，经常在美国国庆日安排一些高风险的任务。1997年7月4日中午，“探路者号”成功登陆火星，这是人类送往火星的第一部火星车。11年后，同样是7月4日，彗星探测飞船“深度撞击号”与“坦普尔1号”彗星撞击成功，人类第一次与彗星进行了亲密接触，被天文学家描述为“蚊子打飞机”。今年美国太平洋时间7月4日晚上9点之前，木星探测器“朱诺号”发动机持续反向点火35分钟后，速度降低至每小时1900公里，被木星引力捕获，进入绕木星运行的极地轨道。

    

     “朱诺号”

     西方天文学把木星叫做朱庇特，名字来源于古罗马神话中的众神之王，相对应于古希腊神话的宙斯。探测器的名字“朱诺”也来源于希腊罗马神话，是朱庇特的妻子。朱庇特喜欢恶作剧，用云雾把自己隐蔽起来，朱诺是唯一能透过迷雾看到他真身的神。探测器取名“朱诺”也是借其寓意，希望能解开这颗云遮雾绕的气态巨行星的秘密。

     “朱诺号”探测器于2011年8月5日发射升空，抵达木星之前已经穿越了大半个太阳系。它是第二颗前去拜访木星的探测器，第一颗木星探测器发射于1989年，名为“伽利略号”，于1995年12月抵达环木星轨道，拍摄到木星表面旋转风暴的壮丽图像，2003年主动坠入木星大气层而结束任务。

    

     朱诺号搭载了三个乐高人偶，分别代表伽利略、朱庇特和他的妻子朱诺。朱诺手执放大镜作为追求真理的标志，朱庇特手握闪电的标记，伽利略则带着他的望远镜和木星模型。大多数乐高玩具是塑胶做的，然而为了捱过太空旅行的极端条件，这三个人偶是铝制的。

     “朱诺号”成功入轨后，工作人员起立鼓掌，首席研究员斯科特·博尔顿(Scott Bolton)说：“我们完成了NASA能做到的最困难的事情。”这真是千钧一发的时刻。随着“朱诺号”接近木星，木星的巨大引力将加速飞船的运行，使其达到每小时24万公里的速度，这也让“朱诺号”成为了有史以来速度最快的人造飞船之一。当“朱诺号”达到最大速度的每小时26.5万公里(这一速度能让它9分钟内完成绕地球飞行)，随后朱诺号的引擎会着火从而把速度降下来。这时候事情就会变得非常棘手。要想让速度降下来，发动机需要方向点火35分钟，消耗近8吨燃料。

     关于木星的一切都是极端的。木星是太阳系中最大的行星，拥有太阳系中除了太阳之外最危险的环境。在距离木星较近处，等离子体波与等离子体环中电子的相互作用将电子加速到接近光速，产生强烈的同步辐射，被叫做“辐射带”。1995年，“伽利略号”到达木星时，仪器被辐射造成了无法挽回的伤害，再加上一个关键的天线也出现故障，使得它只完成70%的科学使命，留下了许多关于木星的未解之谜。

    

     朱诺号带有一块向伽利略致敬的铭牌，这个铭牌描绘的是伽利略在1610年1月观测木星的手稿，以及伽利略的肖像

     对于这样的挑战，NASA把所有东西都装进装甲坦克里。“朱诺号”是一个巨大的飞船，有一个篮球场大，3个手臂般的太阳能电池板让它看起来像是电离辐射警告标志的三叶扇。相比之下，去年夏天飞抵冥王星的“新视野号”，只比钢琴大一点点。为了减少辐射暴露，“朱诺号”的核心部件，包括中央控制系统和数据处理设备、电源等电子器件都装在一个钛合金防辐射屏蔽装置中，防护层厚度超过1厘米，大小还没有一个SUV轿车的后备箱大。“朱诺号”在太空旅行期间，已经经历过相当于一亿多次牙科X射线，或者几十万倍人类推荐终生辐射剂量的辐射。

     土星任务期间，“朱诺号”有37次近距离接触木星的计划，当它每次穿过木星的彩色云带的漩涡时，都会付出巨大的代价。博尔顿说：“我们并不是自找麻烦，我们是在寻求数据，但是在木星上‘朱诺号’想找到数据必须到虎口冒险，随时都可能惹祸上身。”

     博尔顿和他的团队希望实现第一个精准、详细、三维的木星磁场调查。木星拥有太阳系各大行星中最强大的磁场，其强度比地球磁场强2万倍以上，形成了极其壮观、比整个地球还大的极光。其磁场延伸进入遥远的空间，如果它发出的光可见，我们在地球的夜空将能看见2倍于满月大小的木星。

     科学家想知道木星磁场是如何产生的。磁场由所谓的“发电机”产生，即行星内部导电流体的对流运动，电感液体围绕并驱动电流，从而产生磁场。地球的磁场是由地球核心里的液态金属流体运动产生的。

    

     没有人确切知道木星的内部结构是什么样的，甚至不知道它是否像太阳系其他行星那样有一个固态的核心，还是像太阳那样是气态的。科学家想了一个办法解决这个问题：追踪“朱诺号”和NASA深控网络之间无线电传输的细微变化。

     NASA的深空网络分布在世界各地三个坐标上，一座射电望远镜位于莫哈韦沙漠，一座位于西班牙，还有一座位于澳大利亚堪培拉。这三个射电设施大约120度分开，意味着任何航天器能够在任何时间与地球在进行通信。此次，莫哈韦沙漠和堪培拉的9个天线会对准同样的方向：“朱诺号”。

     木星的引力作用会导致“朱诺号”的速度发生微小的加速和减速，在射电辐射频率上留下一些痕迹。“朱诺号”加速会导致频率上升，减速会导致频率下降。如果木星有一个固态核心，“朱诺号”会在从两级到赤道飞行的过程中更快一些，导致频率升高。

    

     NASA科学家们庆祝“朱诺号”进入绕木星运行的极地轨道，图左为首席研究员斯科特?博尔顿(Scott Bolton)

     与此同时，飞过木星云层顶部4800公里的范围时，“朱诺号”能够测量浓厚、剧烈的木星大气中散发的微波辐射，寻找木星上有多少水，以及著名的大红斑深度多少。科学家的目标是解释这个星球是如何形成，他们更想知道的是，太阳系行星是如何形成的。木星是太阳系形成的第一颗行星，它消耗了太阳诞生时余留的大部分氦和氢。根据以前的观测，木星还包括一些元素，比如碳和氮，这是地球生命的基础。博尔顿说，太阳形成和木星形成之间发生了一些我们不知道的事情，使得木星能够富集这些重元素。今后的几年中，科学家将筛选朱诺传回的数据，解决这个奥秘，并理解早期类地行星形成的过程。

     NASA早就意识到，即便是一个崇高的目标，没有视觉形象也很难吸引公众。该机构的解决方案是JunoCam，这是一种从以往火星任务中改进的高分辨率光学相机。业余爱好者和发烧友可以在网上投票，在科学家决定进行拍摄的50多个领域之外，挑选他们中意的拍摄点。目前它的讨论板里，60岁的Bee希望拍摄更多关于木星大红斑的照片，而11岁的Hogarth给靠近木星赤道的绿色区域投票，希望一探究竟。

     由于飞船每14天环绕木星一次，NASA预计辐射会损坏仪器，任务将在飞船上的计算机变得不靠谱之前结束。在围绕木星37圈后，2018年2月，朱诺将开动引擎，直接瞄准木星，坠落过程中会依然捕获数据，并拍摄云层下的照片。但是因为木星的大气湍流过于急剧，天线可能会剧烈摇摆，以至于无法将照片传送回来。

     太阳系的神秘巨人总是有办法保留它的秘密，朱诺能否一一讲给我们听？

     (图片来自网络)

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