"朱诺"号探测器 重点研究木星磁场 全程解密

伤我心太深

木星轨道运行的“朱诺”号探测器。木星可能是太阳系内研究行星磁场如何产生的最理想之所。发射之后，“朱诺”号将踏上长达5年，全程4亿英里的旅程，奔赴木星，而后绕木星轨道运行1年多时间，收集木星数据。


折叠起来的“朱诺”号，正等待封装进火箭整流罩。处在照片前景的是位于折叠的太阳能电池板上方的磁力计支架，长13英尺（约合4米），包裹着明亮的隔热毯。其中一台磁力计安装在这个支架中部，另一台安装在末端。靠近磁力计传感器的是一对矩形遮光罩，从隔热毯下方伸出。遮光罩界定了两台恒星照相机的视野范围。照相机负责确定每个磁力计传感器的方位，精确度极高。
　　网易探索8月3日报道据美国宇航局官方网站报道，木星就像是一辆终极“肌肉型”汽车，借助于引擎罩下的一台怪物级发动机——发电机，它得以拥有异常强大的磁场，位居太阳系所有行星之首。了解这台强大的发动机如何运转是美国宇航局“朱诺”号任务的主要目标之一。这颗探测器预计于8月发射升空，开始长达5年，全程4亿英里（约合6.4亿公里）的太空之旅，奔赴木星。
　　研究磁场是重点
　　“朱诺”号探测器将绕木星飞行大约1年时间，借助8个仪器设备研究其起源和演化。这些仪器可以探测木星内部结构和引力场，测量大气层中的水和氨，对强大的磁场进行测绘同时观测其强烈的极光。磁场研究工作由两台磁力计负责，它们在宇航局位于马里兰州格林贝尔特的戈达德太空飞行中心设计制造，用于测量磁场强度和方向，精确度超过此前的装置，将第一次揭示高解析度的木星磁场。
　　“朱诺”号项目副负责人、磁力计小组负责人、戈达德太空飞行中心的杰克·康纳尼表示：“上世纪70年代初的先驱者10号和11号以及70年代晚期的旅行者1号和2号都曾收集木星磁场的重要信息。”在德克萨斯州圣安东尼奥的西南研究院，康纳尼正与任务负责人斯科特·博尔顿通力合作。他说：“此前的探测器环绕木星卫星飞行，‘朱诺’号将绕木星极地轨道运行，是历史上的第一次木星磁场测绘任务。”
　　“朱诺”号项目科学家、宇航局位于加州帕萨迪纳的喷气推进实验室的史蒂文·莱文表示：“了解木星内部深处结构的方式并不多，对磁场进行测绘便是其中之一。”木星的大气层受到强大引力场的挤压，绝大多数灵敏设备都无法穿过。莱文说：“木星可能是太阳系内研究行星磁场如何产生的最理想之所。”喷气推进实验室负责管理“朱诺”号任务。
　　推断木星内部结构
　　木星是一颗大质量行星，其磁场强度位居太阳系所有行星之首。由于木星是一颗气态巨行星，“朱诺”号能够清晰地对其发电机进行观测。地球发电机部分隐藏在一层磁化地壳岩下方，埋藏深度极深，距离地核只有大约一半距离，相比之下，木星发电机更靠近地表。康纳尼说：“‘朱诺’号探测器将多次飞跃木星表面，进一步靠近发电机。‘朱诺’号与木星发电机之间的距离低于任何探测器与太阳系内任何行星发电机之间的距离。这是一项令人兴奋的任务，将提高我们了解木星活动的能力。”
　　地球发电机产生于外核的液态铁中，木星发电机则产生于氢中，氢构成了木星的大约90%。一些氢以一种特定的气态存在，在足够的压力下，这种气体能够将电子挤出分子，因此具有导电性。距离核心越近，氢气受到的压力越大，进而变成液态，也就是金属氢。木星磁场的源泉到底是金属氢还是导电性气态氢现在仍旧是一个未知数，有待“朱诺”号寻找答案。
　　“朱诺”号项目联合负责人、马萨诸塞州剑桥市哈佛大学的杰里米·布洛克斯哈姆表示：“我们希望能够在‘朱诺’号的帮助下详细了解木星的磁场结构，获取解析度远超过此前的图像。我们同样希望根据磁场结构推断木星内部结构，尤其是要确定木星内核的半径。”
　　“朱诺”号将成为最接近木星的探测器
　　“朱诺”号将沿着椭圆形轨道运行，与木星之间的距离小于此前的任何探测器，同时进一步远离木卫四“卡利斯托”。“朱诺”号并不绕赤道飞行，而是成为第一颗绕木星极地轨道运行的探测器，在进入近木轨道区域时飞跃北极和南极。此时，“朱诺”号将鸟瞰木星的强烈极光，同时测量与极光有关的带电粒子和电流。这颗探测器将进行大约34次环飞，最终在1年左右时间内覆盖整个木星。
　　绕木星飞行时，“朱诺”号探测器与木星间的距离非常近，足以感受到全强度的木星磁场——大约在10到12个高斯之间。相比之下，地球磁场为半个高斯左右。在绕木轨道的其他区域，“朱诺”将对一个强度大约减弱1000万倍的磁场进行测量。
　　两台磁力计齐上阵
　　“朱诺”号的两台磁力计一模一样，用于测量强磁场和弱磁场。两台磁力计安装在一个支架上，相隔大约6.5英尺（约合2米）。支架采用合成材料结构，固定在太阳能电池板阵列末端。之所以安装两台磁力计是为了应对其中一台发生故障以及探测器自身产生“游荡”的磁场。在第二种情况下需要使用两台磁力计，以矫正测量结果。探测器产生的磁场虽然很小，但仍可以被磁力计感知到。靠近探测器的磁力计将感知到一个较大的磁场，较远的磁力计则感知到一个较小的磁场。
　　“朱诺”号每分钟旋转两周，每秒钟可对木星磁场进行大约60次测量。它将测量相对于自身的磁场强度和方向，但科学家真正希望了解的是相对于木星和宇宙的磁场方向。这项工作需要借助恒星照相机完成。每个磁力计传感器配备两台恒星照相机，用于确定传感器在太空中的确切方位。照相机每4秒钟拍摄一幅夜空照片，能够识别视野内的所有明亮天体。它们通过一种先进的算法对所看到的天体与已知恒星进行比较。传感器在太空中的方位是进行这种比较的最理想参照。
　　恒星照相机小组负责人、丹麦技术大学的约翰·乔根森表示：“在我们确定方位时，哪怕最细微的偏差也会影响磁场的测量结果。”“朱诺”号的磁力计拥有极高的精确度，部分原因就在于这种精确传感器方位的能力。这种能力与仪器本身的设计和校准同样重要。康纳尼表示：“‘朱诺’号的测量精确性极高，足以探测木星磁场的缓慢时间变化。如果木星发生这种变化，测量将允许我们第一次了解这颗行星的发电机如何工作。这种了解同样有助于我们加深对太阳系以及系外其他行星发电机的认知。

美国航空航天局即将采用环保的手段探测木星，在探测过程中使用太阳能和风能。
　　本次发射的探测器名为朱诺，事实上，木星在英语中叫丘比特，罗马神话中丘比特的妻子名叫朱诺。探测器安装了三大块太阳能电池板，它将成为使用太阳能运行距离最远的设备。
　　按计划，朱诺要在2016年7月，飞行约32亿公里进入木星轨道。美国航空航天局之前曾对太阳系中体积最大的木星做过研究，但科学家们希望通过本次探测获得更多有关木星的起源。
　　木星距离太阳8亿公里，朱诺的太阳能电池板能提供400瓦的电能。而在地球的轨道上，这些太阳能板的发电量要比在木星高出35倍。
　　美国西南研究所首席科学家、朱诺的主要研制人斯考特?博尔顿（Scott Bolton）表示，采用太阳能对探测器来说很实际。博尔顿认为，与钚和核能发电相比，太阳能为朱诺提供电源既经济又加快了研究的步伐。探测木星的同时能做到环保，一举两得
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美国航天局的“朱诺”木星探测器升空。除了复杂的科学仪器，这个探测器还搭载了一位与木星颇有渊源的“特殊客人”同行。
　　为纪念文艺复兴时期天文学家伽利略对木星观测的卓越成就，美国航天局将一个约３．８厘米高的白色伽利略小玩偶放入“朱诺”探测器内。这位特殊的客人左手托着木星模型，右手握着望远镜，目光远眺，若有所思，仿佛正思考着重大天文发现。
　　１６１０年１月１１日，伽利略观测到木星周围的异样，他在观测记录中写道：“前几天晚上所观测到的这３颗星体，其特征和相隔距离类似，证明木星周围有３颗运动的卫星”。１３日，他又发现了木星的第四颗卫星。
　　美国航天局局长博尔登说，伽利略发现围绕木星旋转的卫星，为驳斥地心说提供了证据。然而在神学占统治地位的１７世纪，伽利略的发现被教会认为是大逆不道。
　　意大利航天部门向美国航天局捐赠了这段观测记录手稿的副本。航天局为此做了一块长７．１厘米、宽５．１厘米的铭牌，由环氧基树脂牢牢粘合在“朱诺”的推进器上。铭牌上不仅有伽利略的手迹，还有他本人的头像。
　　此外，伽利略小玩偶的漫长旅程不会寂寞，因为美航天局在“朱诺”上搭载了木星和“朱诺”探测器拉丁文名字由来的原型人物玩偶——古罗马神话中的天神朱庇特和其妻子朱诺。
　　事实上，“伽利略”不是首次到木星。１９８９年升空的“伽利略”号木星探测器就以这位天文学家的名字命名，它在木星轨道上运行超过７年，获得了木星大气层的第一手探测资料。
　　如果一切顺利，“朱诺”探测器将在５年后进入木星轨道，开始探索木星和太阳系形成之谜，届时当代的“伽利略”或许会揭示更多的宇宙奥秘。

木星是太阳系中最大的行星，也是一个由氢、氦分子包裹着的气态行星。木星上大气活动“喜怒无常”，强烈的风暴、气旋等现象频繁发生，云层之下的木星还未被科学家所熟知。
天文学家对木星的观测研究由来已久。１６１０年，意大利杰出天文学家伽利略利用自制望远镜观测到木星的四颗卫星，中国天文学家甘德早在战国时代就发现了木星卫星木卫三，时间比伽利略早了近２０００年。
从上世纪７０年代开始，美国航天局已有８颗探测器从木星飞过或进入木星轨道，即使如此，科学家对木星的认识仍然十分有限。目前他们对木星研究的一手资料主要通过１９８９年发射的“伽利略”号木星探测器获得。
“伽利略”号是真正意义上的第一个木星探测器，共绕木星飞行了３４圈，它对木星的大气层进行了测量，还发现了木星卫星地下液态盐水的存在证据，并观测到木星卫星上大规模的火山爆发。２００３年９月，完成使命的“伽利略”号在木星坠毁。
木星拉丁文名字叫朱庇特。古罗马神话中，隐藏在云层之中的朱庇特是众神之王，生性顽劣不羁，只有他的妻子朱诺女神能够看破云层，揭示他的真正面目。
美航天局寄希望借助最新的仪器揭开木星云层覆盖下的秘密，进一步研究木星的起源和进化。“朱诺”木星探测器配备了最新的向量磁力仪、等离子能量探测器、红外成像光谱仪等精密设备，这位“朱庇特”的新伴侣届时将会深入检测木星大气的成分、温度、水含量等信息，分析木星的磁场和重力场，探寻这一星体的深层结构。
美国航天局为“朱诺”木星探测项目制定的口号为“揭开朱庇特的神秘”，如果一切顺利，探测器将于２０１６年７月进入木星轨道。