十問“朱諾”號

鄭佳文

2016年7月5日，全世界都被一顆行星刷屏了。是朱庇特（Jupiter），太陽系八大行星中最大的木星。美國國家航天航空局（NASA）當天證實，在接近5年的飛行之后，“朱諾”號（Juno）探測器成功進入木星軌道。距離第一任“伽利略”號結(jié)束木星探測任務，人類和木星已經(jīng)分離了13年。

人類對木星的了解有多少？“朱諾”號到達木星軌道有何意義？了解木星對人類有多重要？本文將回答這些問題。

1、木星有什么特點？

木星是太陽系八大行星中體積最大、自轉(zhuǎn)最快的行星。它的直徑約為14.3萬公里，體積是地球的1321倍，質(zhì)量是地球的318倍。木星是個氣態(tài)巨行星。之所以體型龐大，是因為木星具有吞噬作用，比如它就曾吞噬過一個10倍地球大小的行星。木星是如此龐大，以至于太陽系內(nèi)所有其他行星都可以被塞進木星的“大肚子”里。

2、木星是如何形成的？

45億年前，太陽系所在的位置是一團濃厚的氣體塵埃云。在萬有引力的作用下，粒子加速凝聚，最后整個質(zhì)量坍縮成一個致密的天體（太陽）。太陽形成后，剩下的氣體和塵埃變成一團圍繞太陽的氣云;經(jīng)過粒子互相碰撞再組合，形成了圍繞太陽旋轉(zhuǎn)的行星，而木星就是太陽的第一個“孩子”。

木星所在之處被稱為“凍結(jié)線”。在那里，大量氣體和塵埃凝結(jié)后形成一個巨大的天體，不斷吞噬周圍星盤里的氫。有一種假說認為，在太陽系初期，木星存在固體內(nèi)核，后來由于吸收了大量氣體和塵埃，木星內(nèi)部氣體在快速的自轉(zhuǎn)下產(chǎn)生高溫，將固體內(nèi)核融化了。因此，木星現(xiàn)在沒有實體表面，而是一顆由90%的氫和10%的氦及微量的甲烷、水、氨水和二氧化硅組成的氣態(tài)行星。

由于與太陽的構(gòu)成元素相似，木星又被稱為“小太陽”或“褐矮星”（失敗的恒星，質(zhì)量介于最小恒星與最大行星之間的天體）。木星及其數(shù)量眾多的衛(wèi)星又構(gòu)成了一個小型的太陽系，有科學家甚至相信木星的衛(wèi)星中存在宜居地。

3、木星上有什么奇特現(xiàn)象？

木星上最奇特的現(xiàn)象莫過于“鉆石雨”?？茖W家發(fā)現(xiàn)，木星大氣中的甲烷在強閃電的作用下會變成煤灰態(tài)的碳;在煤灰下降的過程中，逐漸增強的氣壓會讓碳轉(zhuǎn)化為石墨;下降4000英里后，瞬間的高溫高壓又會讓石墨轉(zhuǎn)化為金剛石。

不過，遺憾的是，金剛石繼續(xù)下降兩萬英里到木星內(nèi)部后，內(nèi)核的高溫高壓可能讓金剛石再次熔解成一片由液態(tài)碳構(gòu)成的汪洋。

4、在“朱諾”號之前，有其他探測器進入木星軌道嗎？

在“朱諾”號之前，同樣由NASA發(fā)射的“伽利略”號曾在1995年進入木星軌道?！百だ浴碧?989年從地球出發(fā)，歷經(jīng)6年到達木星軌道。在木星工作的8年期間，“伽利略”號圍繞木星運行30多圈，向地球發(fā)送了萬余張照片。通過“伽利略”號，人類第一次清晰地看到木星及其表面的細節(jié)，科學家第一次對木星的大氣進行直接測量。

到2003年，“伽利略”號燃料消耗殆盡。由于“伽利略”號在發(fā)射前未經(jīng)過消毒無菌處理，為了不讓“伽利略”號給木衛(wèi)二帶去可能的生命體，“伽利略”號用最后剩下的燃料撞向木星，完成了使命。自此，人類和木星一別13年。

5、“朱諾”號的命名有何深意？

朱諾是希臘羅馬神話中天神朱庇特的妻子。朱庇特曾惡作劇地在身體周圍制造一層薄霧將自己藏起來，其他神和人都無法看見被薄霧包裹的他，只有朱諾能夠透過薄霧看到朱庇特?？茖W家們希望通過“朱諾”號去“驅(qū)散”包裹著木星“朱庇特”的薄霧。

6、“朱諾”號怎樣到達木星軌道？

2011年8月，造價高達11億美元的“朱諾”號被發(fā)射進入地球繞太陽的公轉(zhuǎn)軌道。繞太陽狂奔近兩年后，2013年10月，“朱諾”號回到地球附近，利用地球的引力彈弓效應進一步加速，進入火星軌道。接著，“朱諾”號沿著火星軌道跑一圈后，開始沖向木星。2016年7月5日，在歷經(jīng)4年11個月、跨越28億公里后，“朱諾”號終于到達木星軌道。

7、“朱諾”號將面臨什么樣的任務環(huán)境？

這次任務被媒體稱為宇航界最膽大、最艱難的一次任務。首先，木星是太陽系里最大的行星，這里有著太陽系最強大的磁場和輻射。“朱諾”號靠近木星后，將承受高達2000萬拉德的輻射，而太空中的輻射只有 0.39拉德。

其次，木星自轉(zhuǎn)速度很快，自轉(zhuǎn)一圈只需要不到10小時。在高速的自轉(zhuǎn)下，各種被離心力甩出的物體都將成為木星對外發(fā)射的“武器”，“朱諾”號有可能遭遇無妄之災。

除此之外，木星被大大小小60多個衛(wèi)星天體包圍，這些天體的引力可能對“朱諾”號的飛行軌道產(chǎn)生影響。 怎樣精確地穿過它們、怎樣修正運行軌道，都是科學家面臨的難題。

8、“朱諾”號攜帶著什么特殊裝備？

要保障“朱諾”號順利執(zhí)行任務，科學家首先要解決的是能源問題。木星距離太陽5.205天文單位，日照量為地球的1/25，因此，“朱諾”號配有3個太陽能電池板，每個電池板長達20米。

其次，木星的強磁場和輻射會讓普通探測器徹底報廢。為此，科學家制作了一個1厘米厚、重達400磅的鈦合金防護罩，將“朱諾”號所有的科學儀器都保護在下面。

此外，科學家還為“朱諾”號設(shè)定了一個拉長版的橢圓軌道，這樣可以避免探測器與木星輻射帶長期接觸。

9、我們可以期待“朱諾”號有什么發(fā)現(xiàn)？

按照NASA的規(guī)劃，每隔14天，“朱諾”號將環(huán)繞木星一周。每繞過木星極點，“朱諾”號的軌道就會發(fā)生一點變化，以便掃描不同的區(qū)域，全景探測木星。

“朱諾”號將環(huán)繞木星運行20個月，收集有關(guān)該行星核心的數(shù)據(jù)，描繪其磁場，并測量大氣中水和氨的含量。另外，“朱諾”號還會觀察木星表面著名的大紅斑，一個持續(xù)了數(shù)百年的風暴，從而揭示其深層的秘密

首先，“朱諾”號將從木星的北極點觀測極光，計算木星云層里的含水量， 檢測木星大氣的具體成分，測量木星環(huán)的寬度。它呈現(xiàn)的木星磁場圖像，將幫助科學家研究木星的內(nèi)部動力學，了解木星表面的大紅斑和強對流云如何形成。

其次，“朱諾”號還將驗證木星是否存在固態(tài)核心，讓科學家進一步了解這顆巨大的氣體行星如何形成?！澳拘鞘翘栂档谝活w行星，起源于太陽形成后的殘留氣體和塵埃，而地球又起源于木星形成后的殘留氣體和塵埃，”NASA說，“也就是說，了解木星的構(gòu)成對揭示太陽系甚至地球的起源至關(guān)重要?！?/p>

最后，“朱諾”號對木星重力的研究有助于人類了解地球的宇宙環(huán)境。美國科學家認為，木星的強大引力還曾將另一顆神秘的巨大行星踢出太陽系，木星因此跳躍到更高的軌道，這才為地球和火星的存在制造了條件。

10、“朱諾”號的結(jié)局如何？

盡管擁有多重保護，“朱諾”號依舊會在木星高輻射、高壓強下逐漸癱瘓。 在環(huán)繞木星7圈后，木星磁場會徹底摧毀“朱諾”號搭載的相機。屆時，它將在“全瞎”的狀態(tài)下利用其他探測器探測木星的磁場、重力和等離子場等等。

和前任“伽利略”號一樣，在環(huán)繞木星32圈、跨越2700英里后，科學家會在2018年2月左右讓“朱諾”號撞向木星，在木星的大氣中毀滅。