太空探索目標更新：下一站，木星！ 精選

毫無疑問，這是人類邁向太空的又一個重要“里程碑”。
數分鐘前，人類終於握住了木星“大門”的門把手，又一次擁有了嘗試打開這扇門的機遇。


“朱諾”太空探測器，圖片來自 Redcanyonsoftware
第一位“開門人”這份殊榮屬於 NASA 專門為此打造的一台太空探測器——“朱諾（Juno）”號。隨着這艘人類專門為探測木星而建造的探測器進入木星近距軌道，人類有望就木星長久以來的疑問進行解答，甚至能夠從木星上“窺視”出整個宇宙的起源與發展規律。

究竟關於這次太空探索的重要事件，我們還需要了解些什麼？在這次探索背後又有什麼有意思、值得了解的細節？這一切的答案都可以在下文中找到。

新目標：木星


圖片來自 百度知道

從距離太陽的距離來排列，木星位於第五，而第四就是太空探索最熱門目的地火星。但是木星的情況卻與火星“大相徑庭”。首先木星是一顆巨行星，而且還是氣態巨行星。

木星同時也是太陽系中最大的行星，質量只有太陽的千分之一，但卻又是太陽系其他行星質量總和的 2.5 倍。直徑更是達到了地球的 11 倍，因為其體積的原因，讓木星非常容易被人類肉眼看見。

而太陽系中的另外三顆行星：土星、天王星、海王星因為同樣屬於氣態行星，更直接以“類木行星”進行歸類。


降落在火星表面的“好奇號”，圖片來自 Express

因為其稠密大氣的存在，讓人類無法像火星一樣直接將探測車着陸到其“不知道是否存在及位置的表面之上”。


圖片來自 Ktla
而傳統觀測木星的方式也很簡單，就是——看。在地面用望遠鏡看，在天上用衞星看。幾天前，歐洲宇航局就公佈了一組他們通過操縱哈勃太空望遠鏡拍攝到的木星極光。

而“朱諾”這次的目標就是在近距離對木星進行全方位的探測，同時還將嘗試以自己的“肉體之軀”衝入木星的大氣層，真正揭祕在木星大氣“面紗”下的真容。


圖片來自 Youtube

但這個任務絕非簡單，由於氣態行星的關係，木星的表面環境異常惡劣：

• 地球 10 倍以上的磁場；
• 表面充滿了大大小小的風暴和狂風帶；
• 劇烈的大氣運動還產生了大量的放電現象；
• 表面温度大約為 -100 度，但是內核可能高達 3000 度。

縱觀整個太陽系，沒有任何一顆行星的磁場能夠達到這個水平，這也讓木星成為一個捕獲各種粒子（中子、宇宙射線等），並且“彈射”出極其可怕的輻射的地方。
另外，木星距離太陽的距離約為地球的 5 倍、火星的 3.5 倍，探測難度較火星大大增加，這也是為什麼之前人類一直未能將觸角伸到木星的原因之一。

5 年、27 億公里的“不懈努力”，追尋愛人的“朱諾（Juno）”

正如上一段提到的那樣，距離一直是木星探測的其中一個需要優先解決的問題，而“朱諾”為了完成這段旅程，足足花了將近 5 年時間。


注：中間為太陽，從內到外行星中文名分別為水星、金星、地球、火星、木星

2011 年 8 月在肯尼迪發射的它路途也可謂艱辛，在發射升空之後，利用火箭和探測器本身的推動力進行加速，軌道高點已經越過了火星的軌道。然後，就進入了長達 2 年的“潛伏期”。


隨後“朱諾”進行了一次關鍵的“接近”——以每小時 5 萬公里的時速在地球表面 500 多公里的地方高速掠過，並且憑藉地球的引力對“朱諾”進行加速以及變向。這種方式也被俗稱為“引力彈弓”。

當然，朱諾的加速肯定是以地球的減速為代價的，只不過地球在質量上實在超越“朱諾”太多，這個減慢的速度完全可以忽略不計。

而“朱諾”名字本身也極具含義，Juno 和木星的別名 Jupiter（朱庇特）實際上在古羅馬神話中是一對情侶。而“朱諾”探測器也正像以為思念丈夫的妻子一樣，“不遠萬里”的想要回到丈夫身邊。

“可惜”的是，根據古羅馬神話，“朱庇特”以貪花好色著稱，奧林匹斯的許多神祇和許多希臘英雄都是他和不同女人生下的子女。而現實中也“同樣如此”，木星擁有多達 67 顆天然衞星。
説完八卦，讓我們回到正題，先讓我們來看看“朱諾”號探測器的外觀。


一個六邊形的主體，同時伸出三個長條狀太陽能電池板。相比我們平常看到的一些高科技衞星，甚至有點簡陋。
因為其不需要執行復雜的“着落”探測，幾乎所有的空間都被用來容納探測裝置和推進裝置。其搭載的探測設備主要包括：

• 磁場探測器：就是那個“A”字型結構，目標是搞清楚木星的磁場結構。
• 微波計量表（MWR）：通過檢測木星發出的微波，來反向檢測究竟木星大氣表面之下是怎樣的結構。
• 木星高能粒子探測器（JEDI）：檢測木星內部的反應會激發怎樣的高能粒子。
• 天線：用以測量木星大氣中等離子體波動的頻率，並且探索其與磁場之間的關係。
• 紫外線圖像光譜儀（UVS）：目標同樣是木星的極光，並且將其與木星大氣中的粒子、整體磁場之間的關係弄清楚。
• 木星極光紅外繪製（JIRAM）：通過用一台紅外相機對木星的極光進行繪製。
• 高清攝像機：在可見光波段拍攝木星的照片，壽命只能維持 7 次木星近軌運行，之後就將被木星的高能粒子摧毀。

簡而言之，全是高精度儀器，更好的“窺視”木星這一任務也將由這一系列儀器完成。


“朱諾”最終數次環繞木星所形成的總體軌道

但正如上面所提到的那樣，木星的工作環境實在太過惡劣，雖然“朱諾”環繞木星運行的軌道最低高度距離木星表面仍有 4300 公里，但是相機只能在這種輻射環境下存活 7 次軌道運行。

要知道，為了對抗如此之強的輻射，“朱諾”還在其關鍵的儀器倉外使用了 1 釐米厚的鈦金屬進行屏蔽，而其太陽能電池板也將在輻射下降低 20% 左右的效用。


除了以“近距離”飛躍之外，NASA 甚至還給“朱諾”規劃了一條“終極路線”——以 21 萬公里每小時的速度直接衝入木星的大氣層，因為 NASA 擔心可能攜帶有地球微生物的“朱諾”會落入木衞二（歐羅巴）之上，而後者上面是否存在生命一直是科學家熱議的話題。


圖片來自 Deep Space Network

從 NASA 旗下的 Deep Space Network 呈現的數據來看，NASA 旗下的三個宇宙數據接收中心（西班牙馬德里、美國戈德斯通、澳大利亞堪培拉）中的兩個都已經在全力為“朱諾”（代號 JNO）服務，目前“朱諾”正在以每秒鐘幾十上百 kb（確認是小寫）的速度將探測數據回傳。

這也是因為“朱諾”目前與地球的距離，比地球到太陽的距離還要遠的緣故，但目前來看“朱諾”的工作狀態一切正常。

為什麼是木星？


圖片來自 Protothema

雖然木星既巨大而且充滿危險，看起來也遠不如火星來的實際，改造一下也許未來就能住人。

但是作為太陽系氣態行星的“最佳標本”，木星的大氣、磁場、各種環境情況都對人類了解太陽系的形成、宇宙起源有着非常重要的幫助。

首先是木星的大氣成分，其中 88-92% 為氫，剩下的主要為氦，只有 1% 是其他元素，包括甲烷、水蒸氣、氨等等。這種比例與形成太陽系的原始星雲的理論成分非常接近。

大紅斑


圖片來自 Universetoday

提到木星，自然不能不提到其表面最為“持久”的特徵——大紅斑。

早在 17 世紀中葉，人類就對其開始了時斷時續的觀測，1879 年更開始對它進行持續的跟蹤的記錄。東西最長 48000 公里，最短也有 20000 度公里；南北最長 14000 公里，最短 11000 公里，其面積幾乎能夠容納 3 個地球表面積。

這一維持了至少 200-350 年的“風暴”一直是天文學家和氣象學家最想要解釋的問題。“大紅斑”的成因猜測甚至成為了天文學的一個重要命題。

當然，除了上面這些“未解之謎”之外，其實還有另外一個重要的原因：木星相對“較近”，上文中提到的航行距離的確很遠，但是木星同時也是距離地球最近的巨型氣態行星，這對於人類增進對此類行星的認識有非常重要的意義。
在人類通過各種探測手段對火星了解與日俱增的同時，我們有必要開始着手木星的探測計劃。

木星探測的“糾纏離合”

在“朱諾”之前，人類其實也曾數次開展對木星的探測，其中“順手”看一眼的有 7 次，還有一次類似的環繞探測計劃最終因為故障而遭受失敗。


先驅者 10 號；發射時間：1972 年 3 月；任務：飛掠    圖片來自 Kinja


先驅者 11 號；發射時間：1973 年 4 月；任務：飛掠    圖片來自 Ecotimes


旅行者 1 號；發射時間：1979 年 3 月；任務：飛掠    圖片來自 Doquizzes


旅行者 2 號；發射時間 1977 年 8 月；任務：飛掠    圖片來自 Ispaceman


尤利西斯號；發射時間 1990 年 10 月；任務：飛掠    圖片來自 Wikipedia


卡西尼-惠更斯號；發射時間 1997 年 10 月；任務：飛掠    圖片來自 Thegazette


新地平線號；發射時間：2006 年 1 月；任務：飛掠    圖片來自 Techgenmag


伽利略號；發射時間：1989 年 10 月；任務：環繞   圖片來自 Sinapress

從這個角度來首，“朱諾”也將繼承以上前輩的遺志，在人類的第二次的土星近距探測嘗試中收集儘可能多的資料。
太空，人類的過去以及未來


圖片來自 Newevolutiondesigns

在之前的文章《SpaceX 再次失敗，但是人類的宇宙夢卻更近了》中我曾經詳細的介紹了 NASA 以及一批新力量諸如 SpaceX 在人類宇宙探索和開發中所扮演的“先驅者”角色。
當然，我知道肯定有人會説：“宇宙，那麼遠，跟我們有什麼關係？”

早在 1970 年，贊比亞修女 Mary Jucunda 就給 Ernst Stuhlinger 博士寫了一封信，內容是“目前地球上還有這麼多小孩子吃不上飯，你們怎麼能捨得為遠在火星的項目花費數十億美元？”

最終這封信被 NASA 以“為什麼要探索宇宙”為題發表，其中包含以下幾個片段：

引用……

通過太空項目，來為緩解乃至最終 解決地球上的貧窮和飢餓問題作出貢獻。解決飢餓問題的關鍵有兩部分：食物的生產和食物的發放。食物的生產所涉及的農業、畜牧業、漁業及其他大規模生產活動 在世界上的一些地區高效高產，而在有的地區則產量嚴重不足。通過高科技手段，如灌溉管理，肥料的使用，天氣預報，產量評估，程序化種植，農田優選，作物的 習性與耕作時間選擇，農作物調查及收割計劃，可以顯著提高土地的生產效率。

……

每年，都有大概一千項從太空項目中發展出來的新技術被用於日常生活中，這些技術打造出更好的廚房用具和農場設備，更好的縫紉機和收音機，更好的輪船和飛機，更精確的天氣預報和風暴預警，更好的通訊設施，更好的醫療設備，乃至更好的日常小工具。你可能會問 為什麼先設計出宇航員登月艙的維生系統，而不是先為聽力障礙患者造出有聲閲讀設備呢。答案很簡單：解決工程問題時，重要的技術突破往往並不是按部就班直接得到的，而是來自能夠激發出強大創新精神，能夠燃起的想象力和堅定的行動力，以及能夠整合好所有資源的充滿挑戰的目標。

……

盡 管我們開展的太空項目研究的東西離地球很遙遠，已經將人類的視野延伸至月亮、至太陽、至星球、直至那遙遠的星辰，但天文學家對地球的關注，超過以上所有天外之物。太空項目帶來的不僅有那些新技術所所提供的生活品質的提升，隨着對宇宙研究的深入，我們對地球，對生命，對人類自身的感激之情將越深。太空探索讓地球更美好。

國內的太空探測計劃中同樣有木星的身影，在已經出版的《2016-2030年空間科學規劃研究報告》中，也提出了木星系統探測計劃。其中包括研究木星磁層結構，木衞二大氣模型，木衞二表面冰層形貌及厚度，金星、地球、木星間的太陽風結構。

太空，傻子都知道是未來。

題圖來自 Youtube

文中無標明出處動圖均來自 NASA’s Eye 軟件


資料來源：愛範兒（ifanr）