航天科普｜巨大的木星上有什么？跟著這些探測(cè)器去看看

晴朗的夜空，經(jīng)常能看到一顆很亮的星星，這就是木星。這顆肉眼可見(jiàn)的明亮星星，自古以來(lái)就出現(xiàn)在各種文化的記載里。古巴比倫文化中，它代表他們的神馬爾杜克，羅馬人用天神朱庇特的名字為它命名，在中國(guó)，它叫木星。

木星是太陽(yáng)系八大行星中體積最大、自轉(zhuǎn)最快的行星。同時(shí)它也是太陽(yáng)系中最重的行星，它的質(zhì)量為太陽(yáng)的千分之一，是太陽(yáng)系中其它七大行星質(zhì)量總和的2.5倍。迄今為止，除了木星冰月探測(cè)器外，共有6個(gè)人類探測(cè)器飛向這顆巨大的氣體行星，讓我們來(lái)看看它們都是誰(shuí)。

01

先驅(qū)者系列探測(cè)器

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“先驅(qū)者10號(hào)”和“先驅(qū)者11號(hào)”是最早飛向木星的兩個(gè)探測(cè)器，它們都屬于美國(guó)無(wú)人行星探測(cè)任務(wù)“先驅(qū)者計(jì)劃”，主要任務(wù)是探測(cè)小行星帶以外的太陽(yáng)系。

1972年3月3日，先驅(qū)者10號(hào)探測(cè)器發(fā)射升空。它創(chuàng)造了多個(gè)第一，它是第一個(gè)成功穿越小行星帶、第一個(gè)近距離觀測(cè)木星的飛行器，并于1973年12月3日發(fā)回第一組近距離拍攝的木星圖像?！跋闰?qū)者10號(hào)”對(duì)木星的探測(cè)持續(xù)了2個(gè)月，發(fā)送回來(lái)約500張木星及其衛(wèi)星的照片，最高分辨率約為320千米，清晰地顯示出了大紅斑等木星大氣層特征，揭示了木星前所未見(jiàn)的細(xì)節(jié)。它還探測(cè)到，木星周圍的輻射強(qiáng)度是地球周圍的10000倍。

先驅(qū)者10號(hào)探測(cè)器藝術(shù)想象圖

1973年4月6日，先驅(qū)者11號(hào)探測(cè)器發(fā)射升空。由于之前“先驅(qū)者10號(hào)”的巨大成功，科學(xué)家們給“先驅(qū)者11號(hào)”安排了更艱巨的任務(wù)——探測(cè)土星。它用木星的強(qiáng)大引力改變軌道，飛向土星。雖然它的主要任務(wù)不是探測(cè)木星，但它卻在更近的距離處獲得了木星更清晰的圖像，獲取到木星大紅斑的細(xì)節(jié)圖像，并首次獲得木星兩極的圖像，還測(cè)量了木衛(wèi)四的質(zhì)量。它對(duì)木星的探測(cè)進(jìn)一步加深了人類對(duì)木星的了解。

02

旅行者系列探測(cè)器

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緊隨“先驅(qū)者”之后，又有兩個(gè)探測(cè)器飛往外太陽(yáng)系。它們是“旅行者1號(hào)”和“旅行者2號(hào)”。這兩個(gè)探測(cè)器仍然以探測(cè)外太陽(yáng)系為主要任務(wù)，但它們飛得更遠(yuǎn)。兩個(gè)探測(cè)器都使用钚電池，為它們的漫漫太空之旅提供長(zhǎng)期能量。

旅行者1號(hào)探測(cè)器飛越木星大紅斑

1977年8月20日“旅行者2號(hào)”首先發(fā)射升空，它是唯一拜訪過(guò)4顆氣態(tài)巨行星——木星、土星、天王星和海王星的探測(cè)器。隨后，“旅行者1號(hào)”于1977年9月5日發(fā)射升空。這兩個(gè)探測(cè)器再次為科學(xué)家們打開(kāi)了新世界的大門。它們發(fā)現(xiàn)木星著名的大紅斑是一個(gè)以逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)的復(fù)雜風(fēng)暴系統(tǒng)，同時(shí)還發(fā)現(xiàn)了一些細(xì)小的風(fēng)暴和旋渦。而且木星和土星一樣也有環(huán)，但要比土星的暗得多。環(huán)的外側(cè)距離木星中心129000千米，內(nèi)側(cè)距離木星中心30000千米。

此外，兩個(gè)探測(cè)器在木星的4顆衛(wèi)星上也有眾多發(fā)現(xiàn)。它們?cè)谀拘l(wèi)一上發(fā)現(xiàn)了活火山，這是人類首次在太陽(yáng)系的其他星球上發(fā)現(xiàn)了活躍的火山活動(dòng)，總共觀測(cè)到木衛(wèi)一上9座火山的爆發(fā)，火山爆發(fā)的噴發(fā)物可以高達(dá)300千米?！奥眯姓?號(hào)”拍攝的木衛(wèi)二照片讓科學(xué)家們初步推斷木衛(wèi)二表面有一層冰殼，下面藏著一個(gè)深約50千米的海洋。它還在木衛(wèi)三上發(fā)現(xiàn)了兩種明顯的地形:坑及深溝。科學(xué)家們推測(cè)，木衛(wèi)三的冰殼正在經(jīng)受劇烈的地殼運(yùn)動(dòng)。在木衛(wèi)四上則發(fā)現(xiàn)了大量古老隕石坑的痕跡，但這些痕跡由于時(shí)間的推移和地殼變動(dòng)，變得非常淺。

這兩次飛行任務(wù)還發(fā)現(xiàn)了木星的3顆小衛(wèi)星木衛(wèi)十四、木衛(wèi)十五和木衛(wèi)十六，并且拍攝到了木星背面的極光。

03

伽利略號(hào)木星軌道器

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1989年10月18日，伽利略號(hào)木星探測(cè)器從亞特蘭蒂斯號(hào)航天飛機(jī)上發(fā)射升空。這是人類第一個(gè)專門用于探測(cè)木星的航天器，也是美國(guó)宇航局發(fā)射的最成功的探測(cè)器之一。

伽利略號(hào)木星探測(cè)器

伽利略號(hào)探測(cè)器造價(jià)近10億美元，是美國(guó)迄今最精密的星際飛行器，整個(gè)發(fā)射計(jì)劃耗資約15億美元。探測(cè)器總重2550千克，采用核動(dòng)力裝置，內(nèi)裝22.7千克放射性鈾-238。探測(cè)器配備了攝像機(jī)、近紅外勘測(cè)分光儀、磁強(qiáng)儀、測(cè)云儀、大氣結(jié)構(gòu)儀等17種科學(xué)儀器，用于木星大氣層構(gòu)成、云層結(jié)構(gòu)、溫度、磁場(chǎng)等方面的勘測(cè)和研究。

1995年7月軌道器向木星釋放出大氣探測(cè)器，之后繼續(xù)沿著木星軌道飛行。伽利略木星探測(cè)器原定使命約2年，但實(shí)際在太空飛行了將近14年。在飛抵環(huán)木星軌道后的7年多時(shí)間內(nèi)，它大大刷新了木星的觀測(cè)紀(jì)錄，發(fā)回包括1.4萬(wàn)張照片在內(nèi)的3萬(wàn)兆比特?cái)?shù)據(jù)，在木星的3顆衛(wèi)星上發(fā)現(xiàn)了地下液態(tài)鹽水存在的證據(jù)，第一次從軌道上對(duì)木星系統(tǒng)進(jìn)行了完整考察，第一次對(duì)木星大氣進(jìn)行了直接測(cè)量。它最大的貢獻(xiàn)是拍到木衛(wèi)二上有水的照片，讓科學(xué)家們更加確定了此前關(guān)于木衛(wèi)二上有海洋的推測(cè)。

2003年9月21日，“伽利略號(hào)”飛到木星背面，以大約每小時(shí)17萬(wàn)千米的速度縱身“跳”入木星大氣層，以一種近乎自殺的方式結(jié)束了長(zhǎng)達(dá)14年的太空之旅。這壯烈一跳說(shuō)起來(lái)也是有原因的，美國(guó)宇航局原打算讓“伽利略號(hào)”在木星軌道上一直飛行下去，但它有關(guān)木衛(wèi)二上可能存在海洋的發(fā)現(xiàn)使專家們改變了想法。由于“伽利略號(hào)”在設(shè)計(jì)時(shí)沒(méi)有經(jīng)過(guò)消毒處理，當(dāng)它燃料即將用盡時(shí)，可能與木衛(wèi)二相撞。一旦它撞上木衛(wèi)二，就可能把地球的微生物帶到木衛(wèi)二上，這會(huì)影響之后在木衛(wèi)二上尋找本土生命的工作，因此“跳”入木星大氣層是最好的選擇。

“伽利略號(hào)”對(duì)研究木星的衛(wèi)星也做出了很大的貢獻(xiàn)。在“伽利略號(hào)”到達(dá)木星之前，人們一共發(fā)現(xiàn)了16顆木星的衛(wèi)星?！百だ蕴?hào)”到達(dá)后又發(fā)現(xiàn)了多顆衛(wèi)星?，F(xiàn)在這個(gè)數(shù)字已經(jīng)上升到了92顆。

值得一提的是，“伽利略號(hào)”在飛往木星途中，拍攝了一部地球在太空中運(yùn)轉(zhuǎn)的電影，還為兩顆小行星拍下高分辨率的照片，并在1993年拍下了彗星撞木星的壯觀場(chǎng)面。

04

朱諾號(hào)木星探測(cè)器

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朱諾號(hào)木星探測(cè)器是美國(guó)宇航局“新疆界”計(jì)劃實(shí)施的第二個(gè)探測(cè)項(xiàng)目。2011年8月5日，朱諾號(hào)木星探測(cè)器開(kāi)始踏上遠(yuǎn)征木星之旅。2016年7月4日，“朱諾號(hào)”進(jìn)入木星環(huán)繞軌道。成為第一個(gè)穿透木星濃密云層的航天器，旨在調(diào)查木星上冰巖芯是否存在；確定木星上水的含量；大氣中氨的含量；研究木星大氣對(duì)流情況以及探討木星磁場(chǎng)、引力場(chǎng)和極地磁層。

朱諾號(hào)木星探測(cè)器飛越木星

2016年1月13日下午2點(diǎn)，“朱諾號(hào)”打破了依靠太陽(yáng)能的人類探測(cè)器最遠(yuǎn)航行紀(jì)錄，當(dāng)時(shí)它距離太陽(yáng)約7.93億千米，而地球到太陽(yáng)的距離只有約1.5億千米。

2017年7月11日，朱諾號(hào)木星探測(cè)器經(jīng)過(guò)近木點(diǎn)，正式飛掠木星大紅斑。美國(guó)宇航局的發(fā)言人稱：“這將是人類首次近距離觀察這個(gè)巨大的風(fēng)暴，這場(chǎng)風(fēng)暴從1830年就已經(jīng)被人類發(fā)現(xiàn)，它或許已經(jīng)存在了超過(guò)350年?！?/p>

“朱諾號(hào)”攜帶了3塊巨大的太陽(yáng)能板，每塊寬2.7米，長(zhǎng)10米，差不多相當(dāng)于拖拉機(jī)的拖車大小。這3塊太陽(yáng)能板可提供14千瓦的電力，但進(jìn)入木星軌道后，提供的電力僅為400瓦，只能點(diǎn)亮少量電燈泡。因此，“朱諾號(hào)”上的科學(xué)儀器和計(jì)算機(jī)均高度節(jié)能，同時(shí)研究團(tuán)隊(duì)還為“朱諾號(hào)”精心設(shè)計(jì)了環(huán)繞木星運(yùn)行的軌道，使其盡可能多地接收陽(yáng)光。

按原計(jì)劃，朱諾號(hào)木星探測(cè)器總巡航距離超過(guò)7億1600萬(wàn)千米，在一個(gè)地球年的時(shí)間里，它會(huì)環(huán)繞木星33次。2018年“朱諾號(hào)”就會(huì)結(jié)束使命，撞入木星大氣層。但超期服役似乎已經(jīng)成了美國(guó)航天探測(cè)器的慣例。目前，“朱諾號(hào)”仍未結(jié)束它的太空之旅，還在源源不斷地發(fā)回珍貴的觀測(cè)資料。

說(shuō)起來(lái)，這個(gè)探測(cè)器的名字也挺有意思。在羅馬神話中，朱諾是天神朱庇特的妻子。朱庇特施展法力，用云霧遮住自己，但是朱諾卻能看透這層云霧，了解朱庇特的真實(shí)面目，因此探測(cè)器取這個(gè)名字也是借用其寓意，希望它能解開(kāi)這顆云遮霧繞的氣態(tài)巨行星隱藏的秘密。

本文原標(biāo)題為《去看看那顆明亮的星》，載于《太空探索》雜志2023年第7期。

來(lái)源：中國(guó)航天基金會(huì)