嘿，木星：我們又來了！NASA「朱諾」探測器成功進入木星軌道

NASA的木星探測器「朱諾」（Juno）在北京時間今天（7月5日）中午確認進入木星軌道，即將揭開這顆氣態巨行星的奧秘。

撰文 喬治·馬瑟（George Musser ）

翻譯 牛天宇

審校 丁家琦

視頻製作 吳非

「科學60秒」視頻：NASA「朱諾」探測器與木星相會

《科學美國人》/ 環球科學字幕組榮譽出品

說起來你可能不信，除了太陽，沒有哪個天體對地球生命的影響會大過木星。太陽系之所以能成為今天這樣的面貌，很大程度上也拜木星所為。在太陽系形成的早期，木星這樣的氣態巨行星四處遊盪，大刀闊斧地為地球掃清了周圍的空間。它可能是早期地球上冰的來源，同時還保護了我們免受彗星毀滅性的撞擊。然而，到現在為止，木星本身對我們來說很大程度上還是個謎。它是像其他行星一樣緩慢形成的，還是像小型恆星那樣在引力作用下「咻」的一下就產生了？如果它在形成後位置還有過變化，那它最初形成的位置在哪裡？

我們可能很快就會知道答案了。北京時間7月5日凌晨2點，「朱諾」號探測器掠過太陽與木星的引力平衡點，越過木星最外層的衛星木衛四。北京時間上午11時18分，「朱諾」開啟主發動機，進行點火減速，成功進入木星運行軌道，成為繼1995年的「伽利略」號以來第二個進入木星軌道的探測器。「伽利略」號探測器在軌期間曾多次近距離觀測木星的各個衛星，直到2003年按計劃墜入木星大氣。而這次「朱諾」將在距木星表面5000千米的雲端繞行37周，以木星本身為主要目標，系統地進行觀測。「伽利略」號探測器使用的是核動力，而「朱諾」的電能直接來自於太陽，這也是第一個在外太陽系使用太陽能的飛行器。

 「朱諾」安裝了測量行星引力分布的設備，為了了解木星的內層結構，特別是確定其是否有岩石構成的核心——如果有，就表明木星是以緩慢的過程形成的。測量木星的元素組成，則可以幫助科學家確定其最初形成時的位置。1995年，「伽利略」號釋放進木星大氣的小型探測器表明，木星大氣中像氮和氬這樣的重元素異常豐富，這可能表明木星是在這些元素較為豐富，即更遠離太陽的位置形成的。

但是，在木星洶湧激蕩的大氣中，水蒸氣，即氧元素（同為重元素）的含量卻十分匱乏。要麼是「伽利略」號探測器碰巧掉在了較為乾燥的雲上，要麼就是理論學家並沒有徹底理解木星是如何獲取這些重元素的。由於木星雲層太過濃厚，地面上的望遠鏡也沒能幫上太大的忙。而這次，「朱諾」的微波輻射計能夠探測木星表面500千米下雲層內的含水量。

木星的磁場源要比地球強20000倍，雖然木星半徑比地球大得多，距離削弱了強度，但是在雲層頂端木星的磁場也要比地球表面強20倍。在距離太陽如此遙遠的地方，這樣的磁場顯得過於強烈了。事實上，早在6月25日，「朱諾」距離木星還有800萬公里時，就已經進入了它的磁場範圍。那麼，它的磁場是如何產生的？據推測，木星可能是一個「金屬巨行星」，而非一個純粹的「氣態」巨行星，其內部的巨大壓力將氫轉化為一種金屬流體，從而產生這樣的磁場。「朱諾」所攜帶的磁強計將測量它的磁場，並找到它的源頭。在任務結束時，我們可能對木星磁場的了解，可能要比地球還要深刻。

今天的點火只是進入軌道的第一步。主引擎在北京時間上午11時18分運行35分鐘，這將把「朱諾」的速度從58千米每秒減到原來的百分之一左右，以被木星的重力捕獲。開始的時候，探測器將在周期為54天的軌道運行，與木星的最近距離是4500千米，最遠距離810萬千米。在這期間，為了防止干擾，所有的科學儀器都將關閉，主天線也會指向遠離地球的方向，我們能接收到的就只有從備用天線發出的「嗶嗶」聲。這個狀態將持續到7月6日，那時探測器才會恢復採集數據。

經過兩次變軌，引擎將在10月19日再次運行22分鐘，把探測器調整至距木星330萬千米，周期為14天的軌道上，這時，主要的科學任務將開始進行。和普通探測器不同，「朱諾」的軌道將通過木星兩極。它從北極向南運行，以4000到8000千米的高度通過赤道並加速，收集兩小時的數據，然後從南極掉頭重新飛向北極。推進器將在每次運行一周後調整軌道，以掃描整個星球。探測器最初的4次軌道位置依次間隔90度，以便獲得粗略的全球地圖，在隨後的變軌過程中持續補充精細部分。

這種來來回回的運行軌跡能夠保證探測器在飛行過程中的安全，不受木星赤道周圍內輻射帶（inner radiation belt）的影響。「這就好比木星外面有一個甜甜圈，我們就在甜甜圈中間的洞飛來飛去。」艾奧瓦大學WAVES磁層設備團隊的Bill Kurth解釋到。為了更好地起到保護效果，所有的科學設備都在1厘米厚的鈦保護罩下工作。

雖然有這些保護，但輻射仍然是這項耗資11億美元計劃的最大限制因素，事實上這也是之前之前科學家沒有嘗試類似計劃的原因。「這是太陽系內最惡劣的環境。」博思艾倫諮詢公司的太空歷史學家Matt Bille說。如果到2018年2月探測器主要任務結束時，它所攜帶的設備還沒有完全損壞，團隊希望它繼續運行下去，並逐漸降低近地點，最終像2003年伽利略號那樣在木星大氣中焚毀，這樣它就不可能繼續在木星軌道上運行，污染木星的衛星了——要知道，木星的好幾個衛星都有可能存在生命。

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