航天科普｜巨大的木星上有什么？跟着这些探测器去看看

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晴朗的夜空，经常能看到一颗很亮的星星，这就是木星。这颗肉眼可见的明亮星星，自古以来就出现在各种文化的记载里。古巴比伦文化中，它代表他们的神马尔杜克，罗马人用天神朱庇特的名字为它命名，在中国，它叫木星。


木星是太阳系八大行星中体积最大、自转最快的行星。同时它也是太阳系中最重的行星，它的质量为太阳的千分之一，是太阳系中其它七大行星质量总和的2.5倍。迄今为止，除了木星冰月探测器外，共有6个人类探测器飞向这颗巨大的气体行星，让我们来看看它们都是谁。

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先驱者系列探测器

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“先驱者10号”和“先驱者11号”是最早飞向木星的两个探测器，它们都属于美国无人行星探测任务“先驱者计划”，主要任务是探测小行星带以外的太阳系。


1972年3月3日，先驱者10号探测器发射升空。它创造了多个第一，它是第一个成功穿越小行星带、第一个近距离观测木星的飞行器，并于1973年12月3日发回第一组近距离拍摄的木星图像。“先驱者10号”对木星的探测持续了2个月，发送回来约500张木星及其卫星的照片，最高分辨率约为320千米，清晰地显示出了大红斑等木星大气层特征，揭示了木星前所未见的细节。它还探测到，木星周围的辐射强度是地球周围的10000倍。

先驱者10号探测器艺术想象图

1973年4月6日，先驱者11号探测器发射升空。由于之前“先驱者10号”的巨大成功，科学家们给“先驱者11号”安排了更艰巨的任务——探测土星。它用木星的强大引力改变轨道，飞向土星。虽然它的主要任务不是探测木星，但它却在更近的距离处获得了木星更清晰的图像，获取到木星大红斑的细节图像，并首次获得木星两极的图像，还测量了木卫四的质量。它对木星的探测进一步加深了人类对木星的了解。

02

旅行者系列探测器

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紧随“先驱者”之后，又有两个探测器飞往外太阳系。它们是“旅行者1号”和“旅行者2号”。这两个探测器仍然以探测外太阳系为主要任务，但它们飞得更远。两个探测器都使用钚电池，为它们的漫漫太空之旅提供长期能量。

旅行者1号探测器飞越木星大红斑

1977年8月20日“旅行者2号”首先发射升空，它是唯一拜访过4颗气态巨行星——木星、土星、天王星和海王星的探测器。随后，“旅行者1号”于1977年9月5日发射升空。这两个探测器再次为科学家们打开了新世界的大门。它们发现木星著名的大红斑是一个以逆时针方向转动的复杂风暴系统，同时还发现了一些细小的风暴和旋涡。而且木星和土星一样也有环，但要比土星的暗得多。环的外侧距离木星中心129000千米，内侧距离木星中心30000千米。


此外，两个探测器在木星的4颗卫星上也有众多发现。它们在木卫一上发现了活火山，这是人类首次在太阳系的其他星球上发现了活跃的火山活动，总共观测到木卫一上9座火山的爆发，火山爆发的喷发物可以高达300千米。“旅行者2号”拍摄的木卫二照片让科学家们初步推断木卫二表面有一层冰壳，下面藏着一个深约50千米的海洋。它还在木卫三上发现了两种明显的地形:坑及深沟。科学家们推测，木卫三的冰壳正在经受剧烈的地壳运动。在木卫四上则发现了大量古老陨石坑的痕迹，但这些痕迹由于时间的推移和地壳变动，变得非常浅。


这两次飞行任务还发现了木星的3颗小卫星木卫十四、木卫十五和木卫十六，并且拍摄到了木星背面的极光。

03

伽利略号木星轨道器

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1989年10月18日，伽利略号木星探测器从亚特兰蒂斯号航天飞机上发射升空。这是人类第一个专门用于探测木星的航天器，也是美国宇航局发射的最成功的探测器之一。

伽利略号木星探测器

伽利略号探测器造价近10亿美元，是美国迄今最精密的星际飞行器，整个发射计划耗资约15亿美元。探测器总重2550千克，采用核动力装置，内装22.7千克放射性铀-238。探测器配备了摄像机、近红外勘测分光仪、磁强仪、测云仪、大气结构仪等17种科学仪器，用于木星大气层构成、云层结构、温度、磁场等方面的勘测和研究。


1995年7月轨道器向木星释放出大气探测器，之后继续沿着木星轨道飞行。伽利略木星探测器原定使命约2年，但实际在太空飞行了将近14年。在飞抵环木星轨道后的7年多时间内，它大大刷新了木星的观测纪录，发回包括1.4万张照片在内的3万兆比特数据，在木星的3颗卫星上发现了地下液态盐水存在的证据，第一次从轨道上对木星系统进行了完整考察，第一次对木星大气进行了直接测量。它最大的贡献是拍到木卫二上有水的照片，让科学家们更加确定了此前关于木卫二上有海洋的推测。


2003年9月21日，“伽利略号”飞到木星背面，以大约每小时17万千米的速度纵身“跳”入木星大气层，以一种近乎自杀的方式结束了长达14年的太空之旅。这壮烈一跳说起来也是有原因的，美国宇航局原打算让“伽利略号”在木星轨道上一直飞行下去，但它有关木卫二上可能存在海洋的发现使专家们改变了想法。由于“伽利略号”在设计时没有经过消毒处理，当它燃料即将用尽时，可能与木卫二相撞。一旦它撞上木卫二，就可能把地球的微生物带到木卫二上，这会影响之后在木卫二上寻找本土生命的工作，因此“跳”入木星大气层是最好的选择。


“伽利略号”对研究木星的卫星也做出了很大的贡献。在“伽利略号”到达木星之前，人们一共发现了16颗木星的卫星。“伽利略号”到达后又发现了多颗卫星。现在这个数字已经上升到了92颗。


值得一提的是，“伽利略号”在飞往木星途中，拍摄了一部地球在太空中运转的电影，还为两颗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壮观场面。

04

朱诺号木星探测器

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朱诺号木星探测器是美国宇航局“新疆界”计划实施的第二个探测项目。2011年8月5日，朱诺号木星探测器开始踏上远征木星之旅。2016年7月4日，“朱诺号”进入木星环绕轨道。成为第一个穿透木星浓密云层的航天器，旨在调查木星上冰岩芯是否存在；确定木星上水的含量；大气中氨的含量；研究木星大气对流情况以及探讨木星磁场、引力场和极地磁层。

朱诺号木星探测器飞越木星

2016年1月13日下午2点，“朱诺号”打破了依靠太阳能的人类探测器最远航行纪录，当时它距离太阳约7.93亿千米，而地球到太阳的距离只有约1.5亿千米。


2017年7月11日，朱诺号木星探测器经过近木点，正式飞掠木星大红斑。美国宇航局的发言人称：“这将是人类首次近距离观察这个巨大的风暴，这场风暴从1830年就已经被人类发现，它或许已经存在了超过350年。”


“朱诺号”携带了3块巨大的太阳能板，每块宽2.7米，长10米，差不多相当于拖拉机的拖车大小。这3块太阳能板可提供14千瓦的电力，但进入木星轨道后，提供的电力仅为400瓦，只能点亮少量电灯泡。因此，“朱诺号”上的科学仪器和计算机均高度节能，同时研究团队还为“朱诺号”精心设计了环绕木星运行的轨道，使其尽可能多地接收阳光。


按原计划，朱诺号木星探测器总巡航距离超过7亿1600万千米，在一个地球年的时间里，它会环绕木星33次。2018年“朱诺号”就会结束使命，撞入木星大气层。但超期服役似乎已经成了美国航天探测器的惯例。目前，“朱诺号”仍未结束它的太空之旅，还在源源不断地发回珍贵的观测资料。


说起来，这个探测器的名字也挺有意思。在罗马神话中，朱诺是天神朱庇特的妻子。朱庇特施展法力，用云雾遮住自己，但是朱诺却能看透这层云雾，了解朱庇特的真实面目，因此探测器取这个名字也是借用其寓意，希望它能解开这颗云遮雾绕的气态巨行星隐藏的秘密。


本文原标题为《去看看那颗明亮的星》，载于《太空探索》杂志2023年第7期。
来源：中国航天基金会