撥云見“木”吧，“朱諾號(hào)”！

李忠東

我們不得不承認(rèn)，美國(guó)宇航局（NASA）在為各類探測(cè)器取名時(shí)，往往凝結(jié)著深厚的人文歷史情懷。

朱諾其實(shí)是羅馬神話中天神朱庇特的妻子，傳說(shuō)朱庇特常常會(huì)施展法力，用云霧遮住自己的真容，讓他人難以辨別。唯有朱諾能看透這些云霧，了解朱庇特的真面目。

不知這一次，人類的“朱諾”，能否解開木星這顆云遮霧繞的氣態(tài)巨行星隱藏的秘密。

精準(zhǔn)進(jìn)入木星軌道

其實(shí)早在2016年6月底，“朱諾號(hào)”（Juno）探測(cè)器就已經(jīng)進(jìn)入了木星的引力范圍。木星的強(qiáng)大引力，加速了“朱諾號(hào)”的運(yùn)行，使其達(dá)到了15萬(wàn)英里/時(shí)（約合24萬(wàn)千米/時(shí)），成為有史以來(lái)速度最快的人造飛船，依其速度，9分鐘內(nèi)就能環(huán)繞地球飛行一圈。因此，如何讓高速飛行的“朱諾號(hào)”成功被木星捕獲，并成為環(huán)繞木星的衛(wèi)星，就成了“朱諾號(hào)”在進(jìn)入木星軌道時(shí)面臨的最大挑戰(zhàn)。

為了確保它能順利進(jìn)入木星軌道，NASA提前5天關(guān)閉了探測(cè)器上的所有設(shè)備，直到“朱諾號(hào)”到達(dá)兩天后才再次打開。因?yàn)橐坏┯龅揭馔?，飛行探測(cè)器就將劃過(guò)木星，消失在宇宙空間里了。

7月5日11時(shí)18分，激動(dòng)人心的時(shí)刻到來(lái)了——“朱諾號(hào)”點(diǎn)燃引擎，進(jìn)行了長(zhǎng)達(dá)35分鐘的主動(dòng)降速后，被木星的引力俘獲，進(jìn)入木星軌道，成為一顆極地軌道衛(wèi)星。由于“朱諾號(hào)”和地球之間的單向信息傳輸時(shí)長(zhǎng)為48分鐘，因此NASA需要提前約1小時(shí)就開始向它傳送減速和入軌的信號(hào)指令，而在這個(gè)過(guò)程中仍極有可能出現(xiàn)不測(cè)。

值得慶幸的是，“朱諾號(hào)”不負(fù)眾望，一次成功。從整個(gè)過(guò)程來(lái)看，這一切都進(jìn)行得很順利——“朱諾號(hào)”點(diǎn)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的時(shí)間和預(yù)測(cè)的只相差了一秒。如果時(shí)間相差過(guò)大，它很可能永遠(yuǎn)失去進(jìn)入木星軌道的機(jī)會(huì)。

緊接著，“朱諾號(hào)”進(jìn)入了周期為53.5天的木星俘獲軌道，運(yùn)行兩個(gè)周期之后，它將于2016年10月19日實(shí)施其最后一次主要變軌，以350 米/秒的速度進(jìn)入周期約為14天的科學(xué)軌道。

等待5年的約會(huì)

“朱諾號(hào)”在茫茫太陽(yáng)系中飛行了近5年，跨越了27億千米后才等到與木星相會(huì)的這一天，實(shí)屬不易。雖然早在2011年8月，“朱諾號(hào)”便發(fā)射升空了，但它并沒有徑直飛向木星——它在擺脫地球引力后仍然受控于太陽(yáng)引力的作用運(yùn)行著。直到2013年10月9日，飛出地球兩年后的“朱諾號(hào)”與地球擦身而過(guò)（最近時(shí)僅相距559千米），在地球的引力彈射作用下（也就是所謂的彈弓效應(yīng)），它獲得了7.3 千米/秒的加速度，才具備了飛往木星的能力。

正是在這段“游弋”于地球周圍的日子里，科學(xué)家抓緊時(shí)間，開機(jī)測(cè)試了“朱諾號(hào)”所攜帶的科學(xué)儀器，為向木星進(jìn)發(fā)做好了充足準(zhǔn)備。

這次“朱諾號(hào)”成功進(jìn)入木星軌道，創(chuàng)造了一系列不可思議的工程學(xué)奇跡，還創(chuàng)下了兩個(gè)第一：第一個(gè)由太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的木星探測(cè)器，第一個(gè)圍繞著木星兩極軌道飛行的人造探測(cè)器。

“朱諾號(hào)”上還搭載了三個(gè)鋁制樂(lè)高人偶——“伽利略”、“朱庇特”和“朱諾”?！百だ浴睅е耐h(yuǎn)鏡和木星模型，“朱庇特”手握閃電權(quán)杖，而“朱諾”則手執(zhí)放大鏡作為追求真理的標(biāo)志。還有一塊銘牌也跟隨它們前往木星，銘牌上鐫刻著伽利略在1610年1月觀測(cè)木星的手稿以及這位著名科學(xué)家的肖像。

三頭六臂窺探木星

在成功完成一系列的變軌之后，“朱諾號(hào)”將于今年11月開展預(yù)定的探測(cè)考察任務(wù)，其主要使命是了解木星的起源、形成和演化過(guò)程。

在眾多先進(jìn)設(shè)備和成熟技術(shù)的幫助下，“朱諾號(hào)”將近距離觀測(cè)木星云層的頂端，并探測(cè)木星云層下方的情況，對(duì)木星兩極的極光、引力場(chǎng)、磁場(chǎng)、大氣結(jié)構(gòu)和成分進(jìn)行探測(cè)，同時(shí)觀察它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、大氣與磁場(chǎng)各方之間的相互關(guān)聯(lián)。通過(guò)這些研究，科學(xué)家將加深對(duì)木星形成與演化的理解，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步了解整個(gè)太陽(yáng)系誕生的過(guò)程和機(jī)制。

為了實(shí)現(xiàn)相關(guān)目標(biāo)，承擔(dān)著重要科學(xué)觀測(cè)任務(wù)的“朱諾號(hào)”采取木星極軌道飛行，高度很低，最近時(shí)距離木星云層頂部?jī)H4100千米，每11天圍繞木星運(yùn)行一周。這樣的軌道設(shè)計(jì)出于兩方面的考慮：一是能使探測(cè)器飛得非常低，以獲取精確的引力場(chǎng)測(cè)量數(shù)據(jù);二是可以避免探測(cè)器進(jìn)入危險(xiǎn)性最高的輻射區(qū)域，從而最大限度保護(hù)它的安全。

此外，由于受到太陽(yáng)風(fēng)的影響，木星上有非常強(qiáng)烈的輻射帶，其分布與地球上空的范艾倫輻射帶類似，但強(qiáng)度卻要高得多。范艾倫輻射帶由地球磁場(chǎng)俘獲的帶電粒子構(gòu)成，形成兩個(gè)環(huán)繞地球的同心環(huán)。輻射帶會(huì)因?yàn)樘?yáng)風(fēng)暴和其他空間天氣事件而膨脹，常常會(huì)對(duì)衛(wèi)星通訊、GPS衛(wèi)星以及宇航員構(gòu)成嚴(yán)重威脅。因此，“朱諾號(hào)”需要“頭頂”1厘米厚的鈦合金保護(hù)層，才能保證電子元器件儀器的正常工作。

在7月5日進(jìn)入木星軌道后，“朱諾號(hào)”搭載的“JunoCam”彩色可見光相機(jī)就開始工作并傳回?cái)?shù)據(jù)。7月11日，它在距離木星約430萬(wàn)千米的位置拍下了木星的第一張照片，其中包括木星的大氣層特征、大紅斑和三顆最大的衛(wèi)星——木衛(wèi)一、木衛(wèi)二和木衛(wèi)三。然而由于距離延時(shí)加上信號(hào)帶寬太小，研究人員那時(shí)還只能在這張照片上看見木星的“迷之側(cè)臉”。

想要真正分享這顆大型氣體行星有史以來(lái)最清晰的高解析度圖片，還需要耐心等待幾周時(shí)間。不過(guò)美國(guó)西南研究院首席研究員斯科特·博爾頓卻非常樂(lè)觀：“‘JunoCam成功經(jīng)受住了木星極端輻射環(huán)境的考驗(yàn)，它已經(jīng)準(zhǔn)備好拍攝木星，我們迫不及待地想看到木星兩極的第一張圖像?！?/p>

作為“朱諾號(hào)”的眼睛，“JunoCam”專為拍攝木星兩極和云層頂端的壯觀景象而設(shè)計(jì)。它將提供一個(gè)更寬廣的視角，為“朱諾號(hào)”上的其他科研儀器提供素材。

注定早逝的悲劇英雄

按照計(jì)劃，“朱諾號(hào)”將圍繞木星飛行37圈，其中有32圈極為關(guān)鍵：首先需要用8圈實(shí)現(xiàn)對(duì)木星表面每隔48°經(jīng)度的8個(gè)窄條的觀測(cè)，接著再用8圈將觀測(cè)區(qū)域間隔縮小至24°，最后再用16圈將其縮小到12°。

雖然環(huán)繞一圈科學(xué)軌道要約兩周時(shí)間，但“朱諾號(hào)”只有在最接近木星的6～8個(gè)小時(shí)里才能有效地開展科學(xué)觀測(cè)。不過(guò)這32圈科學(xué)軌道編織的“鳥籠”，足以把整個(gè)木星表面納入囊中。到2018年2月20日，“朱諾號(hào)”將完成自己光榮而神圣的使命。由于攜帶有劇毒燃料，以及地球上的微生物和細(xì)菌，科學(xué)家擔(dān)心它可能會(huì)污染木星幾顆衛(wèi)星上的環(huán)境，而在那些冰衛(wèi)星上又可能存在著微生物形態(tài)的生命，出于“行星保護(hù)原則”，因此“朱諾號(hào)”最終的命運(yùn)就是主動(dòng)受控墜入木星大氣層焚毀。

當(dāng)然，“朱諾號(hào)”也不必過(guò)于傷心。早在1989年，美國(guó)就已經(jīng)發(fā)射過(guò)一個(gè)“伽利略號(hào)”（Galileo）探測(cè)器。它在1995年抵達(dá)木星，開始圍繞木星旋轉(zhuǎn)，并向其釋放了一顆大氣探測(cè)器，以研究木星大氣的構(gòu)成。不料在進(jìn)入木星大氣層1個(gè)小時(shí)后，“伽利略號(hào)”就與大氣發(fā)生了嚴(yán)重摩擦，最終被強(qiáng)大壓強(qiáng)摧毀?？茖W(xué)家估測(cè)，這顆大氣探測(cè)器極有可能直接被融化甚至蒸發(fā)，徹底消失在木星大氣中。與之相比，“朱諾號(hào)”顯然要幸運(yùn)得多。

盡管“伽利略號(hào)”探測(cè)器對(duì)木星進(jìn)行過(guò)近距離觀測(cè)，但是對(duì)人類來(lái)說(shuō)，這個(gè)巨大的行星仍有磁場(chǎng)、大紅斑、核心成分等許多未解之謎。此次，“朱諾號(hào)”將攜帶磁強(qiáng)計(jì)、微波輻射計(jì)、高能粒子探測(cè)器等眾多先進(jìn)的科學(xué)設(shè)備，對(duì)木星進(jìn)行詳細(xì)的觀測(cè)研究。

以羅馬神話中眾神之王朱庇特命名的木星絕不是一顆平庸的行星，而敢于窺探眾神之王真實(shí)面目的朱諾，也注定將成為一個(gè)史詩(shī)般的悲劇英雄。究竟“朱諾號(hào)”能否撥開云霧，看透木星的厚實(shí)云層，直擊真容，幫助人類洞悉其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，就讓我們拭目以待吧！