飛向木星的“朱諾”

王貞虎

2016年7月4日，美國航空暨太空總署（NASA）迎來歷史性一刻，耗資11億美元的木星計劃進(jìn)入緊鑼密鼓的時段——2011年8月5日發(fā)射升空的朱諾號（Juno）太空船，在經(jīng)過漫長的5年、28億公里的飛行后，終于飛抵木星邊緣，成為繼1995年伽利略號之后，第二個進(jìn)入木星軌道的探測器。

此后，朱諾號將展開為期約18個月的科學(xué)研究，深入探討木星的構(gòu)成和演化過程，從而幫助人類更了解太陽系的歷史，全新演繹整個行星系統(tǒng)在銀河系中的形成和演變。

飛向“行星巨人”

在古羅馬神話中，天后朱諾（Juno）是天神朱比特（Jupiter）的妻子。而木星的英文名正是Jupiter——得名于木星是太陽系中最大、最重的行星，它比地球重300倍，其質(zhì)量比太陽系中所有其他行星之和更大。

在神話中，朱比特利用魔法變出一團(tuán)薄霧藏身其中，唯有天后朱諾能穿透云霧看見他——NASA將探測木星的這艘飛船命名為朱諾號，正是期望它能像天后朱諾一樣，看透木星（Jupiter）的本性。

現(xiàn)在，所有遙控朱諾號的指令都已經(jīng)精心策劃，準(zhǔn)備完善。從NASA發(fā)出的每一個指令需要 48分鐘又19秒才能抵達(dá)幾億米遠(yuǎn)的朱諾號。這些指令將指揮朱諾號圍繞木星飛行，并利用太空船上的9個科學(xué)儀器，透過濃厚的云層近距離地探測木星并傳回寶貴的數(shù)據(jù)和影像，幫助地球上的人們深入了解木星。

朱諾號將成為第一個近距離、完整地探測木星的太空船。此前，有8個NASA的太空船都曾經(jīng)飛越過木星。1995年，NASA發(fā)射升空的太空船伽利略號曾環(huán)繞木星長達(dá)8年，它的探測器曾進(jìn)入木星的大氣層，所傳回的資料推翻了原先科學(xué)家提出的有關(guān)木星合成的理論。

破解木星之謎

關(guān)于木星，許多問題仍困惑著科學(xué)家：它是如何形成的？有多少水和氧氣？它是怎樣旋轉(zhuǎn)的？其內(nèi)部構(gòu)造是什么？內(nèi)部有實心嗎？如果有，有多大？它的巨大磁場是如何產(chǎn)生的？其大氣層和內(nèi)部運動之間有何關(guān)系？它的極點是什么樣的？為何會產(chǎn)生極光？

科學(xué)家相信，在太陽系內(nèi)，除了太陽之外，木星是行星中最早形成的，了解它是如何形成的，將有助于我們了解太陽系的起源、地球的形成及生命的起源。

比起地球只有一個衛(wèi)星（月亮），木星總共有67個衛(wèi)星。數(shù)目之多，曾有網(wǎng)友開玩笑說：NASA特地派了Jupiter的老婆Juno前往木星，好監(jiān)督Jupiter和它的一大群小老婆。

木星看起來像是一個巨大的氣體團(tuán)，它的快速自轉(zhuǎn)（每10小時轉(zhuǎn)一次），造成了強大的氣流，將云層涂抹成環(huán)繞木星的帶子，讓它在太陽系中顯得格外美麗。木星上有濃厚的云層，朱諾號將穿透云層去了解木星的大氣層，判定其中的水量和氨氣量——它們的濃度將揭露木星原始的合成體。

木星的主要合成物是氫氣和氦氣。在木星內(nèi)部，氫氣被壓縮成液體，并且可以傳導(dǎo)電力。科學(xué)家相信，木星的快速旋轉(zhuǎn)造成了木星的強烈磁場（約為地球磁場的兩萬倍）和全太陽系內(nèi)最強的極光。在木星中央，巨大的壓力也許可能使得木星的中心有一個很硬的、比地球的地核還大的內(nèi)核。

3個太陽能翅膀

2011年8月，朱諾號從美國佛羅里達(dá)州順利發(fā)射成功，踏上飛往木星之旅。

地球與木星的距離，最近時約為3.65億米，最遠(yuǎn)時約為6.1億米。比起飛往火星，太空船只要花約6個月就能飛抵木星。但盡管如此，太空船所需的太陽能電源仍然頗費周折——這是因為木星與太陽的距離是地球與太陽距離的5倍，因此抵達(dá)木星的太陽光只有抵達(dá)地球的25分之一。

在朱諾號以前，曾飛越木星的8個太空船都使用了核子動力源。但核子動力在發(fā)射時存在安全隱憂，且可能對外太空產(chǎn)生污染。因此，朱諾號選擇了完全靠太陽能來發(fā)電，這使它成為人類完全依靠太陽能航行最遠(yuǎn)的太空探測器。

為了完成這個極大的挑戰(zhàn)，朱諾號裝備了3個9米長的太陽能板（共18698個電池），它們就像是3個極長的翅膀，均勻地從太空船的主體往外伸展。

為了有效地運用能源，朱諾號的飛行軌道也經(jīng)過了專家的特殊設(shè)計。首先，是飛往木星的軌道——在發(fā)射26個月后，朱諾號又重新飛經(jīng)地球，在距地球559公里處于地球擦肩而過，借由地心引力來增加飛行速度。其次，借由朱諾號的轉(zhuǎn)動，太空船繞木星的橢圓形軌道也使得它的太陽能板能夠一直沉浸在太陽光下。

“盔甲”“心臟”抗輻射

木星所放射的輻射，是所有行星中最強烈的，這使得朱諾號成為第一個挑戰(zhàn)如此嚴(yán)峻高輻射環(huán)境的太空船。同時，它也是飛得最靠近木星的太空船，距離最近時，它離木星云層只有4100千米。如此近的距離，能使朱諾號的儀器收集到必要的寶貴資料。

但是，如此近的距離也極大地增加了朱諾號被輻射損壞的危險。為了抵御輻射損害，朱諾號“穿上”了最強的盔甲——它擁有1厘米厚、總重180千克的金屬鈦殼，絕大部分科學(xué)儀器都在鈦殼的保護(hù)下，能使其所遭受的輻射強度減弱為800分之一，從而使這些儀器都能正常工作。

朱諾號的“心臟”，是RAD750抗輻射處理器。它能承受100萬倍于足以致人死地的輻射劑量，因此，在木星周圍的狂暴環(huán)境中，朱諾號能持續(xù)正常工作15年才會出現(xiàn)一次“藍(lán)屏”。

不過，即使是如此強健的心臟，也終將不敵木星輻射帶來的破壞力。如果完成預(yù)定觀測任務(wù)之后，任由朱諾號在木星周圍飛行，它終有一天會心衰而亡，成為飄蕩在木星周圍的太空垃圾。但這是NASA行星保護(hù)守則不能允許的：朱諾號攜帶有劇毒的燃料，一旦外泄，將有可能污染可能孕育生命的木衛(wèi)二。因此2018年2月，朱諾號完成任務(wù)后，它將脫軌進(jìn)入木星大氣并最終被燒毀。

在發(fā)射時，朱諾號的重量高達(dá)3513磅。它是第一個收集極點附近的磁場和極光資料的太空船——它將圍繞木星飛行36圈，每次約14天，每次都會很靠近木星極點。同時，朱諾號的每一次環(huán)繞都會涵蓋木星的不同部位。這樣，36次環(huán)繞的數(shù)據(jù)整合起來，將使它能一窺木星的全貌。

帶著“伽利略”飛翔

朱諾號上雖然沒有宇航員，卻有3名特殊的乘客——它們是航太級鋁制積木小人偶，高僅3.8公分，分別代表羅馬神話中的天神朱比特、天后朱諾和天文學(xué)家伽利略。這是NASA和樂高積木集團(tuán)合作的教育推廣計劃中的重要內(nèi)容，希望以此激起孩童探索科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)的興趣。

這3個“乘客”姿態(tài)各異：天神朱比特手持閃電做成的箭，如同天神的權(quán)杖；天后朱諾手持放大鏡，彰顯她審視事實的神性——這兩個人偶清楚表現(xiàn)了朱諾號的命名緣由。伽利略則一手捧著木星，另一手拿著望遠(yuǎn)鏡，這是為了紀(jì)念他發(fā)明望遠(yuǎn)鏡并用其觀測木星所取得的杰出成果——其中包括1610年他發(fā)現(xiàn)了木星的四個最大衛(wèi)星——木衛(wèi)一埃歐（Io）、木衛(wèi)二歐羅巴（Europa）、木衛(wèi)三加尼米德（Ganymede）、木衛(wèi)四卡利斯多（Callisto），后人將這四顆衛(wèi)星統(tǒng)稱為伽利略衛(wèi)星。

朱諾號上還有一件人們送往太空的珍貴禮物——一塊寬7.1厘米、高5.1厘米、重約6克的鋁制銘板。這塊銘板由意大利太空局提供，其上刻有伽利略的自畫像和他1610年親手寫下的木星觀測紀(jì)錄。

隨著朱諾號成功進(jìn)入木星軌道，它已經(jīng)踏上了觀測木星的第一步。值得驕傲的是，朱諾計劃專家組的10名研究人員中，有7人都是華裔科學(xué)家。未來，他們必將為我們帶來更多關(guān)于木星的發(fā)現(xiàn)。（編輯/余風(fēng)）