航天科普｜巨大的木星上有什么？跟著這些探測器去看看

晴朗的夜空，經(jīng)常能看到一顆很亮的星星，這就是木星。這顆肉眼可見的明亮星星，自古以來就出現(xiàn)在各種文化的記載里。古巴比倫文化中，它代表他們的神馬爾杜克，羅馬人用天神朱庇特的名字為它命名，在中國，它叫木星。

木星是太陽系八大行星中體積最大、自轉(zhuǎn)最快的行星。同時它也是太陽系中最重的行星，它的質(zhì)量為太陽的千分之一，是太陽系中其它七大行星質(zhì)量總和的2.5倍。迄今為止，除了木星冰月探測器外，共有6個人類探測器飛向這顆巨大的氣體行星，讓我們來看看它們都是誰。

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先驅(qū)者系列探測器

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“先驅(qū)者10號”和“先驅(qū)者11號”是最早飛向木星的兩個探測器，它們都屬于美國無人行星探測任務“先驅(qū)者計劃”，主要任務是探測小行星帶以外的太陽系。

1972年3月3日，先驅(qū)者10號探測器發(fā)射升空。它創(chuàng)造了多個第一，它是第一個成功穿越小行星帶、第一個近距離觀測木星的飛行器，并于1973年12月3日發(fā)回第一組近距離拍攝的木星圖像?！跋闰?qū)者10號”對木星的探測持續(xù)了2個月，發(fā)送回來約500張木星及其衛(wèi)星的照片，最高分辨率約為320千米，清晰地顯示出了大紅斑等木星大氣層特征，揭示了木星前所未見的細節(jié)。它還探測到，木星周圍的輻射強度是地球周圍的10000倍。

先驅(qū)者10號探測器藝術(shù)想象圖

1973年4月6日，先驅(qū)者11號探測器發(fā)射升空。由于之前“先驅(qū)者10號”的巨大成功，科學家們給“先驅(qū)者11號”安排了更艱巨的任務——探測土星。它用木星的強大引力改變軌道，飛向土星。雖然它的主要任務不是探測木星，但它卻在更近的距離處獲得了木星更清晰的圖像，獲取到木星大紅斑的細節(jié)圖像，并首次獲得木星兩極的圖像，還測量了木衛(wèi)四的質(zhì)量。它對木星的探測進一步加深了人類對木星的了解。

02

旅行者系列探測器

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緊隨“先驅(qū)者”之后，又有兩個探測器飛往外太陽系。它們是“旅行者1號”和“旅行者2號”。這兩個探測器仍然以探測外太陽系為主要任務，但它們飛得更遠。兩個探測器都使用钚電池，為它們的漫漫太空之旅提供長期能量。

旅行者1號探測器飛越木星大紅斑

1977年8月20日“旅行者2號”首先發(fā)射升空，它是唯一拜訪過4顆氣態(tài)巨行星——木星、土星、天王星和海王星的探測器。隨后，“旅行者1號”于1977年9月5日發(fā)射升空。這兩個探測器再次為科學家們打開了新世界的大門。它們發(fā)現(xiàn)木星著名的大紅斑是一個以逆時針方向轉(zhuǎn)動的復雜風暴系統(tǒng)，同時還發(fā)現(xiàn)了一些細小的風暴和旋渦。而且木星和土星一樣也有環(huán)，但要比土星的暗得多。環(huán)的外側(cè)距離木星中心129000千米，內(nèi)側(cè)距離木星中心30000千米。

此外，兩個探測器在木星的4顆衛(wèi)星上也有眾多發(fā)現(xiàn)。它們在木衛(wèi)一上發(fā)現(xiàn)了活火山，這是人類首次在太陽系的其他星球上發(fā)現(xiàn)了活躍的火山活動，總共觀測到木衛(wèi)一上9座火山的爆發(fā)，火山爆發(fā)的噴發(fā)物可以高達300千米?！奥眯姓?號”拍攝的木衛(wèi)二照片讓科學家們初步推斷木衛(wèi)二表面有一層冰殼，下面藏著一個深約50千米的海洋。它還在木衛(wèi)三上發(fā)現(xiàn)了兩種明顯的地形:坑及深溝。科學家們推測，木衛(wèi)三的冰殼正在經(jīng)受劇烈的地殼運動。在木衛(wèi)四上則發(fā)現(xiàn)了大量古老隕石坑的痕跡，但這些痕跡由于時間的推移和地殼變動，變得非常淺。

這兩次飛行任務還發(fā)現(xiàn)了木星的3顆小衛(wèi)星木衛(wèi)十四、木衛(wèi)十五和木衛(wèi)十六，并且拍攝到了木星背面的極光。

03

伽利略號木星軌道器

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1989年10月18日，伽利略號木星探測器從亞特蘭蒂斯號航天飛機上發(fā)射升空。這是人類第一個專門用于探測木星的航天器，也是美國宇航局發(fā)射的最成功的探測器之一。

伽利略號木星探測器

伽利略號探測器造價近10億美元，是美國迄今最精密的星際飛行器，整個發(fā)射計劃耗資約15億美元。探測器總重2550千克，采用核動力裝置，內(nèi)裝22.7千克放射性鈾-238。探測器配備了攝像機、近紅外勘測分光儀、磁強儀、測云儀、大氣結(jié)構(gòu)儀等17種科學儀器，用于木星大氣層構(gòu)成、云層結(jié)構(gòu)、溫度、磁場等方面的勘測和研究。

1995年7月軌道器向木星釋放出大氣探測器，之后繼續(xù)沿著木星軌道飛行。伽利略木星探測器原定使命約2年，但實際在太空飛行了將近14年。在飛抵環(huán)木星軌道后的7年多時間內(nèi)，它大大刷新了木星的觀測紀錄，發(fā)回包括1.4萬張照片在內(nèi)的3萬兆比特數(shù)據(jù)，在木星的3顆衛(wèi)星上發(fā)現(xiàn)了地下液態(tài)鹽水存在的證據(jù)，第一次從軌道上對木星系統(tǒng)進行了完整考察，第一次對木星大氣進行了直接測量。它最大的貢獻是拍到木衛(wèi)二上有水的照片，讓科學家們更加確定了此前關(guān)于木衛(wèi)二上有海洋的推測。

2003年9月21日，“伽利略號”飛到木星背面，以大約每小時17萬千米的速度縱身“跳”入木星大氣層，以一種近乎自殺的方式結(jié)束了長達14年的太空之旅。這壯烈一跳說起來也是有原因的，美國宇航局原打算讓“伽利略號”在木星軌道上一直飛行下去，但它有關(guān)木衛(wèi)二上可能存在海洋的發(fā)現(xiàn)使專家們改變了想法。由于“伽利略號”在設計時沒有經(jīng)過消毒處理，當它燃料即將用盡時，可能與木衛(wèi)二相撞。一旦它撞上木衛(wèi)二，就可能把地球的微生物帶到木衛(wèi)二上，這會影響之后在木衛(wèi)二上尋找本土生命的工作，因此“跳”入木星大氣層是最好的選擇。

“伽利略號”對研究木星的衛(wèi)星也做出了很大的貢獻。在“伽利略號”到達木星之前，人們一共發(fā)現(xiàn)了16顆木星的衛(wèi)星?！百だ蕴枴钡竭_后又發(fā)現(xiàn)了多顆衛(wèi)星?，F(xiàn)在這個數(shù)字已經(jīng)上升到了92顆。

值得一提的是，“伽利略號”在飛往木星途中，拍攝了一部地球在太空中運轉(zhuǎn)的電影，還為兩顆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壯觀場面。

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朱諾號木星探測器

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朱諾號木星探測器是美國宇航局“新疆界”計劃實施的第二個探測項目。2011年8月5日，朱諾號木星探測器開始踏上遠征木星之旅。2016年7月4日，“朱諾號”進入木星環(huán)繞軌道。成為第一個穿透木星濃密云層的航天器，旨在調(diào)查木星上冰巖芯是否存在；確定木星上水的含量；大氣中氨的含量；研究木星大氣對流情況以及探討木星磁場、引力場和極地磁層。

朱諾號木星探測器飛越木星

2016年1月13日下午2點，“朱諾號”打破了依靠太陽能的人類探測器最遠航行紀錄，當時它距離太陽約7.93億千米，而地球到太陽的距離只有約1.5億千米。

2017年7月11日，朱諾號木星探測器經(jīng)過近木點，正式飛掠木星大紅斑。美國宇航局的發(fā)言人稱：“這將是人類首次近距離觀察這個巨大的風暴，這場風暴從1830年就已經(jīng)被人類發(fā)現(xiàn)，它或許已經(jīng)存在了超過350年?！?/p>

“朱諾號”攜帶了3塊巨大的太陽能板，每塊寬2.7米，長10米，差不多相當于拖拉機的拖車大小。這3塊太陽能板可提供14千瓦的電力，但進入木星軌道后，提供的電力僅為400瓦，只能點亮少量電燈泡。因此，“朱諾號”上的科學儀器和計算機均高度節(jié)能，同時研究團隊還為“朱諾號”精心設計了環(huán)繞木星運行的軌道，使其盡可能多地接收陽光。

按原計劃，朱諾號木星探測器總巡航距離超過7億1600萬千米，在一個地球年的時間里，它會環(huán)繞木星33次。2018年“朱諾號”就會結(jié)束使命，撞入木星大氣層。但超期服役似乎已經(jīng)成了美國航天探測器的慣例。目前，“朱諾號”仍未結(jié)束它的太空之旅，還在源源不斷地發(fā)回珍貴的觀測資料。

說起來，這個探測器的名字也挺有意思。在羅馬神話中，朱諾是天神朱庇特的妻子。朱庇特施展法力，用云霧遮住自己，但是朱諾卻能看透這層云霧，了解朱庇特的真實面目，因此探測器取這個名字也是借用其寓意，希望它能解開這顆云遮霧繞的氣態(tài)巨行星隱藏的秘密。

本文原標題為《去看看那顆明亮的星》，載于《太空探索》雜志2023年第7期。

來源：中國航天基金會