歷時五載,朱諾號探測器抵達木星!

朱諾號探測器成功抵達木星。圖片來源：NASA

經過近5年的太空航行，美國航空航天局（NASA）的朱諾號（Juno）探測器，成功飛抵太陽系最大的行星——木星。持續35分鐘的主引擎點火減速之後，北京時間今天（7月5日）中午11:53，朱諾號探測器成功進入環繞木星運轉的軌道。

朱諾號上的主引擎Leros-1b能夠提供645牛頓的推力，持續35分鐘的點火讓探測器的速度減慢了542米/秒，使得探測器能夠被木星的引力所俘獲。點火完成後不久，朱諾號調整了姿態，以便讓陽光再次照射到探測器攜帶的超大太陽能板上，為朱諾號接下來的科學探測提供電力。

未來幾個月內，朱諾號的任務及科學團隊將對探測器上的子系統進行最終的檢測，對科學設備進行最終調試，並開始採集一些科學數據。

木星探測史

朱諾號並不是第一個抵達木星的探測器。在此之前，已經有好幾個太空飛行器從木星附近路過，最早的一個是1973年飛掠木星的先驅者10號。甚至，朱諾號也並非第一個環繞木星的太空飛行器。早在1995年，NASA的伽利略號探測器就抵達了環繞木星的軌道，還向木星的大氣層中釋放了一枚重340千克的探測器，發回的數據表明木星上風力強勁且湍流不斷，並精細地測量了木星大氣的化學成分。

在環繞木星飛行的8年時間裡，伽利略號探測器證實了這樣一個觀點，即木星纖細的光環由木星最內側小衛星上吹起的塵埃顆粒構成。它還在木衛一（Io）的火山上測得了高達2800度的高溫，並且找到了其他3顆大衛星——木衛二（Europa）、木衛四（Callisto）和木衛三（Ganymede）冰面以下存在海洋的證據。

朱諾號是第二個環繞木星展開探測的太空飛行器。與伽利略號不同，朱諾號的軌道將經過木星的兩極，讓我們能夠首次近距離觀測木星的極區。在一次又一次從木星雲層的頂層上方近距離掠過的時候，朱諾號將測量微波輻射、重力場和磁場，讓科學家有機會一窺木星內部深層的構造。

哈勃空間望遠鏡拍攝的木星極光，朱諾號探測器將近距離觀測這些極光，增進我們對於木星磁場的了解。圖片來源：NASA, ESA, and J. Nichols (University of Leicester)

朱諾的任務

朱諾號的首要目標是了解木星的起源和演化。藉助它所攜帶的9臺科學設備，朱諾號將探查木星是否擁有一個固態行星內核，繪製木星強大磁場的分布圖，測量大氣深處水和氨的含量，並觀測這顆行星上的極光。這項任務還將幫助我們更進一步了解巨行星如何形成，了解這些行星巨人在太陽系其他部分形成的過程中起到過什麼樣的作用。作為氣態巨行星的最主要範例，木星還將提供關鍵知識，幫助我們理解太陽系外其他恆星周圍正在不斷發現的行星系統。

找水

關心木星上有沒有水，似乎有點奇怪，但這確實是朱諾號的科學家關注的主要問題之一。

在火星上，NASA的策略是找水，這決定了火星上是否曾經存在過適宜生命生存的環境。而木星，由於引力極大、輻射極強，明顯不適合生命生存。不過，科學家對木星上的水產生興趣的原因，並不是生命。

科學家關心的問題其實是，「氧去哪了？」木星上的絕大部分重元素，比如氮和碳，含量都比太陽上高得多，唯獨氧元素很稀缺。因此，科學家預期，木星上的氧原子可能與氫原子結合成了水分子。

朱諾號探測器將對木星發出的微波輻射進行測量，這將透露木星內部的溫度有多高，並透露有多少水藏在那裡，因為水分子會吸收微波。

如果朱諾號找到了大量的水，那就意味著木星形成於遠離太陽的寒冷區域，後來才遷移到了現在所處的軌道上。

那為什麼相比太陽，木星會含有更多的重元素呢？這也是一個未解之謎。一個假說認為，更重的元素來自於彗星，它們撞入了木星，被木星吸收了。

除了科學設備以外，朱諾號上還攜帶了3個特製的樂高人偶，從左往右分別是伽利略、朱諾和朱庇特。圖片來源：NASA

木星之心

木星的中心有沒有一個巖石內核呢？

測量木星的重力場，將透露木星內部質量的分布狀況。如果那裡真有一個巖石核心，那行星科學家就不得不解釋巖石星球如何能夠在太陽系那麼早的時期就形成。如果沒有巖石核心，那木星就形成於氣體雲的坍縮，跟太陽的形成過程差不多。

金屬氫

木星幾乎完全由氫和氦構成——這是宇宙中最簡單的兩種元素，也是含量最豐富的兩種元素。

冷卻氫和氦這兩種氣體，它們會變成液態。而在木星內部，科學家認為氫還會經歷另一個相變，變成一種金屬。科學家還沒有能力在地球上創造出金屬氫。

在實驗室裡，氫已經被擠壓到了壓強高達每平方米數十億千克力，卻仍然頑固地保持著非金屬態。木星內部的壓強要比地球實驗室裡可以達到的壓強高出數十倍。

木星的磁場可能就由金屬氫中的電流產生。通過研究木星的磁場，科學家將有機會窺探這種奇異物態的特性。

歐洲南方天文臺拍攝的紅外波段木星影像（左圖），和天文愛好者幾乎同時拍攝的可見光波段木星影像（右圖）。紅外影像揭露了木星雲層以下的部分結構，而朱諾號將觀測木星發出的微波輻射，能夠探測木星雲層更深處的內部構造。圖片來源：L. Fletcher / Damian Peach / ESO.

20個月，37圈

朱諾號將在長橢圓軌道上環繞木星運行2圈，每一圈的周期為53天。10月19日，朱諾號將再次啟動引擎，轉移到一條周期為14天的軌道上，開始獲取科學測量數據。按照目前的計劃，環繞木星第37圈時，也就是2018年2月20日，朱諾號將主動墜入木星大氣層，從而終結此次探測任務。

花了5年時間才飛抵木星，耗資11億美元的朱諾探測器，為什麼只探測20個月就打算要「壯烈」呢？

原因在於，朱諾號探測器比以往所有去過木星的探測器都要更加靠近木星，因而會受到木星附近輻射帶中高能帶電粒子的轟擊。儘管朱諾號在設計時就考慮到了輻射問題，專門配置了140千克重、SUV旅行車大小的鈦制防護罩，但隨著任務的進行，朱諾號探測器上的電路會受到越來越多高能粒子的直接衝擊。最理想的情況下，任務有可能延期數月，但探測器上的電子器件應該堅持不了太久。

那為什麼又要採用「自殺」這種壯烈的方式來終結任務呢？

此前的伽利略號探測器，在完成任務之後，也以同樣的方式墜毀在了木星大氣層中。這為了確保來自地球的探測器不會意外墜毀在木衛二上。木衛二被視為是太陽系裡最有可能存在生命的地方，那裡的冰層之下存在一片液態水的海洋。如果朱諾號意外墜毀在那裡，從地球上「偷渡」過去的微生命，就有可能汙染那片海洋。

無論如何，已經抵達木星的朱諾號探測器，將刷新我們對於木星甚至我們太陽系的認知。（編輯：Steed）