美太空船朱諾號飛向木星

○王貞虎

美太空船朱諾號飛向木星

○王貞虎

2016年7月4日，美國航空暨太空總署（NASA）迎來了興奮的一刻。花費11億美元的木星計劃進入了緊鑼密鼓的時段。2011年8月5日發(fā)射，由噴射推進實驗室（Jet Propulsion Lab，簡稱JPL）主導(dǎo)的朱諾號（Juno）太空船，經(jīng)過了漫長的5年、17.4億萬哩的飛行，終于飛抵木星邊緣。在國慶日當(dāng)晚，朱諾號進行了35分鐘的主要引擎燃燒。利用引擎燃燒的動力，指令朱諾號減速，再借助木星的引力，使朱諾號太空船成功地進入木星的軌道。

進入木星軌道后，朱諾號將展開為期約18個月的科學(xué)研究，深入探索木星的構(gòu)成和演化過程。這個研究不僅能幫助人類更加了解太陽系的歷史，還能幫助人類全新演繹整個行星系統(tǒng)在銀河系中的形成和演變。

太空船靠近，解惑木星

在古羅馬神話中，Juno是個女神，也是萬神之王Jupiter的妻子。木星的英文名字即是Jupiter，因為木星是所有行星中最大最重的。在神話中，Jupiter拉起一層云層幕，把自己藏在幕后，只有妻子Juno能夠穿透云幕，揭露Jupiter的真面目。這也是NASA對朱諾號太空船探訪木星的期許。

所有遙控朱諾號的指令都已經(jīng)精心策劃，準(zhǔn)備完善。每一個指令需要48分鐘又19秒才能抵達幾億米遠的朱諾號。朱諾號太空船將圍繞著木星，利用太空船上的九個科學(xué)儀器，透過濃厚的云層，近距離地探測木星，并千里迢迢地送回寶貴的數(shù)據(jù)和影像，幫助地球上的我們更深入地了解木星，這個比地球重達300倍的行星。

朱諾號是第一個即將近距離、完整地探測木星的太空船。在朱諾號以前，有八個NASA的太空船都曾經(jīng)飛越過木星。在1995年，NASA太空船伽利略號也曾環(huán)繞著木星長達八年。伽利略號的探測器進入木星的大氣層，其所傳回的資料推翻了原先科學(xué)家所認為的有關(guān)木星合成的理論。

探索木星結(jié)構(gòu)意義重大

這些問題一直困惑著科學(xué)家：木星是如何形成的？木星上有多少水和氧氣？木星的內(nèi)部構(gòu)造是什么？木星的旋轉(zhuǎn)是否像是一個固體在轉(zhuǎn)？木星內(nèi)部有一個實心芯嗎？木星的巨大磁場是如何產(chǎn)生的？木星的大氣層和內(nèi)部的動態(tài)有何關(guān)系？木星的極光是何種物理現(xiàn)象？木星的極點是什么樣子？

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。了解最大且最重的木星如何形成等問題，將有助于我們了解太陽系的起源和地球的形成，甚至于生命形成的基本依據(jù)。

比起地球的僅有一個衛(wèi)星（月亮），木星總共有67個衛(wèi)星。數(shù)目如此之多，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)上流傳著一個笑話：NASA特地派了Jupiter的老婆Juno前往木星，好監(jiān)督Jupiter與它的一大群小老婆。

木星看起來像是一個巨大的氣體團。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。木星有濃厚的云層，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?？茖W(xué)家相信，木星的快速旋轉(zhuǎn)造成木星的強烈磁場（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還大的芯心。

木星計劃為系統(tǒng)工程

2007年10月，NASA和JPL遴選了位于科羅拉多州的洛基馬丁負責(zé)建造太空船主體，整合所有組件和完成所有發(fā)射前的準(zhǔn)備工作。

根據(jù)木星的科學(xué)研究目標(biāo)，來自各方的科學(xué)家共制造了九個科學(xué)儀器和系統(tǒng)。設(shè)計好的儀器都先經(jīng)過仔細的測試，然后送往洛基馬丁。猶如玩拼圖游戲一樣，所有太空船的必需組件終于兜在一起。整合后的太空船，再次經(jīng)過長達一年四個月各式各樣精準(zhǔn)的測試。除了驗證硬件，太空船的軟件也必須準(zhǔn)確無誤。太空船的軟件，猶如人們的大腦，指揮著所有組件，掌控著各部分的情況，并且下指令把資料和影像傳回地球。

等到把測試時的許多問題都一一解決，朱諾號太空船終于做好準(zhǔn)備出發(fā)了。在2011年8月，從佛羅里達州的卡納維拉爾角順利發(fā)射成功，踏上了飛往木星的旅程。

地球距離木星，最近時約為3.65億米，最遠時約為6.1億米。除了距離遠，太空船所倚賴的太陽能電源也頗費周折。木星距離太陽是地球距離太陽的五倍。因此抵達木星的太陽光只有抵達地球的二十五分之一。

在朱諾號之前，飛這么遠的八個太空船都使用了核子動力源。核子動力在發(fā)射時的安全隱患和可能對外太空的污染，都是一個很大的隱憂。因此朱諾號選擇了完全依靠太陽能來發(fā)電。這是一個極大的挑戰(zhàn)。朱諾號裝備了三個九米長的太陽能板（共有18698個電池），像是三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JPL軌道專家特殊的設(shè)計。首先是飛往木星的軌道。發(fā)射26個月后，朱諾號又飛經(jīng)地球，借由地心引力的幫忙來增加飛行速度。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。

首次挑戰(zhàn)高強度輻射

在歷次的太空探險中，朱諾號是第一個挑戰(zhàn)如此嚴(yán)峻的高輻射環(huán)境的太空船，也是第一個飛得最靠近木星的太空船。最近的距離只離木星云層3100米。這個近距離能使朱諾號的儀器收集到必要的寶貴資料。木星所放射的輻射，是所有行星中最強烈的。近距離更大大地增加了朱諾號被輻射損壞的危險。為了防止輻射損害太空船，朱諾號設(shè)計了最強的“盔甲”。在發(fā)射時，太空船的重量即為3513磅。

收集木星資料時，朱諾號將圍繞木星轉(zhuǎn)33次，每次約14天，且都會很靠近極點。朱諾號是第一個將收集極點附近的磁場和極光資料的太空船。每一次環(huán)繞會涵蓋木星的不同部位。33次之后，朱諾號將可以一窺木星的全貌。雖然朱諾號會避開木星輻射最強的地區(qū)，但是朱諾號承受的總輻射仍相當(dāng)于牙醫(yī)師所用的X光照射的一億倍。朱諾號的盔甲將保護太空船只承受八百分之一的輻射。否則，太空船主體和儀器將早就被破壞殆盡，無法完成任務(wù)。

目前，朱諾號已經(jīng)進入木星的軌道，開啟了觀測木星的第一步。朱諾計劃專案組中10名研究人員，有7人都是華裔科學(xué)家。讓我們拭目以待科學(xué)家們的大發(fā)現(xiàn)吧。