木星應該除了太陽和月亮以外人類看到其圓面的第三個天體,當伽利略將望遠鏡指向木星時人類的視野瞬間從肉眼觀測的時代升級到了光學望遠鏡時代。數百年以來人類對於木星總是無比著迷,巨大的木星紅斑與迷人的條紋更是趨之若鶩。而且所有前往太陽系外行星的探測幾乎都會路過木星,甚至我們可以這樣說,木星太陽系中最大的路人甲。
哈勃拍攝的木星紫外波段照片
木星是距離太陽第五近的行星,軌道距離約在5.2AU,木星是一顆長殘了的恆星,如果物質足夠,它將成長為一顆恆星,可惜作為行星老大的木星永遠只能做太陽系裡的老二。第一個路過木星的探測器是先驅者10號,第二個是先驅者11號,第三個是旅行者1號,第三個是旅行者2號。
比較有意思的是旅行者一號和二號,一號先飛躍,這符合常理是吧,但其實是旅行者二號提早半個月發射的,但旅行者一號速度比二號更高一些,它在火星外側的小行星帶超過了二號,成為了第三個造訪木星的探測器。
木星整整做了5次路人甲,在1995年它終於卸掉太陽系內最大的路人甲稱號,迎來了它作為主角的時代,伽利略探測器是專門為了木星探測而來。在1989年10月18日被亞特蘭蒂斯號太空梭帶上近地軌道伽利略告別地球,並於6年後進入木星軌道,展開了為期7年的觀測任務,最終為避免汙染木衛二,在2003年9月21日衝入木星大氣層,為探測木星大氣層做了最後一次貢獻。
這裡不得不提一下伽利略探測的悲劇事件,它的高增益天線由於冷焊無法在展開,結構就是導致它的傳輸速率大大降低,不過後來改善了壓縮算法,最終伽利略還是圓滿的完成了任務。
伽利略可控墜毀後,木星又成了路人甲,除了2007年2月28日新視野號飛掠木星後,一直到了朱諾號2016年7月5再次造訪木星。比較有意思的是朱諾號還帶了向伽利略致敬的徽章!
這個銘牌是義大利太空總署提供,上面的文字是伽利略1610年1月的木星觀測手稿以及伽利略的肖像。另外三個樂高人偶像,分別代表伽利略、朱庇特(羅馬神話的木星之神)以及他的妻子朱諾,因為這顆探測器就是以朱諾命名的。
要注意下的是朱諾號探測器原本計劃的觀測周期是20個月,但它現在還在軌道上繼續運行,並且打算觀測到2021年後再受控墜毀。
木星的直徑約為139822±12 km,它的質量約為太陽系出太陽以外所有行星的2.5倍,木星最可怕之處:它的大氣壓也許是大家第一個能想到的,因為木星是一顆氣態巨行星,從外到內沒有一個明顯的界面,因此掉入木星會一直沉到被壓碎為止。
大紅斑應該是各位能想到的第二個可怕的地方,大紅斑南北寬度:14000千米,大紅斑東西長度:20000~30000千米,邊緣風速高達120米/秒。從伽利略時代到現在,雖然規模有些減小,但從未停息。
大紅斑下的木星雲層想像圖
木星巨大的質量導致它的逃逸速度高達59.5 km/s,簡單的說人類到現在為止,只有那個傳說中達到了最高速度的核彈發射井井蓋能從木星逃逸(70km/s),其他就不要指望了,能下去但絕對上不來,因為以人類這點微末道行還製造不出能夠加速到60km/s的飛行器。
木星真正的可怕之處並不在於其表面,而是在其看不到的地方,比如木星超強超大的範艾倫輻射帶
早在伽利略探測器時代就在木星環與高層大氣之間新發現一個超強輻射帶,與地球周圍的範艾倫輻射帶類似,但強度是範愛倫輻射帶的10倍左右,其中還有高能的氦離子。
因此朱諾以一條怪異的軌道穿過木星的超強輻射層,它的近木點距離只有4300千米,而遠木點這超過木衛四的軌道(188萬千米),這個目的就是為了穿過木星磁層之間的間隙,並且儘可能少在這個區域逗留,因為這是一個被稱為木星微波爐的地方。即使在地球上的近地軌道上,太空飛行器也儘量避開地球的範艾倫輻射帶,比如國際空間站就在400千米左右的軌道運行。
範艾倫輻射帶:指在地球附近的近層宇宙空間中包圍著地球的高能粒子輻射帶,主要由地磁場中捕獲的高達幾兆電子伏的電子以及高達幾百兆電子伏的質子組成,地球的範艾倫輻射帶分為內層(1500-5000km)外層(13000~20000km)
不知各位有沒有發現,所有路過木星的探測器動機都是不純的,「無事獻殷勤,非奸即盜」是對這些探測器最好的形容,因為它們都是去揩油的,都想利用木星的公轉速度以及它巨大的引力來一次引力彈弓,這就是它們路過木星的真正目的。
這副GIF動圖就很好的解釋了為什麼可以利用行星的引力來加速(引力彈弓),擔任也可以變軌與減速,而其中最經典的是莫過於旅行者二號探測太陽系所有外行星的故事,利用行星的引力彈弓一顆顆接力下去,一直到冥王星,優點是節省燃料,缺點是有點耗時間,因此2006年發射的新視野號,就只利用了一次木星的引力彈弓就直接前往冥王星,因為它的速度夠快,時間更重要。
另外各位可不要忘記了木星作為太陽系最大的行星,也是挨炮最多的行星,畢竟它的個頭放在那裡,其引力可是俘獲了不少小行星的「芳心」,稱為繞其運行的衛星,當然這個一不留神來個璧咚或者滿懷也是非常正常的事情。
另外法國幾位天文學家還折騰出了一個尼斯模型,認為木星剛形成時木星軌道還要靠外,但由於軌道共振的關係木星軌道漸漸遷移到了現在的軌道,而這個擾動給內行星帶來了數不清的彗星,聽說地球的海洋就是那會打下的基礎。