李忠東

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

朱諾其實是羅馬神話中天神朱庇特的妻子，傳說朱庇特常常會施展法力，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。

精準進入木星軌道

其實早在2016年6月底，“朱諾號”（Juno）探測器就已經(jīng)進入了木星的引力范圍。木星的強大引力，加速了“朱諾號”的運行，使其達到了15萬英里/時（約合24萬千米/時），成為有史以來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”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”在進入木星軌道時面臨的最大挑戰(zhàn)。

為了確保它能順利進入木星軌道，NASA提前5天關(guān)閉了探測器上的所有設(shè)備，直到“朱諾號”到達兩天后才再次打開。因為一旦遇到意外，飛行探測器就將劃過木星，消失在宇宙空間里了。

7月5日11時18分，激動人心的時刻到來了——“朱諾號”點燃引擎，進行了長達35分鐘的主動降速后，被木星的引力俘獲，進入木星軌道，成為一顆極地軌道衛(wèi)星。由于“朱諾號”和地球之間的單向信息傳輸時長為48分鐘，因此NASA需要提前約1小時就開始向它傳送減速和入軌的信號指令，而在這個過程中仍極有可能出現(xiàn)不測。

值得慶幸的是，“朱諾號”不負眾望，一次成功。從整個過程來看，這一切都進行得很順利——“朱諾號”點燃發(fā)動機的時間和預(yù)測的只相差了一秒。如果時間相差過大，它很可能永遠失去進入木星軌道的機會。

緊接著，“朱諾號”進入了周期為53.5天的木星俘獲軌道，運行兩個周期之后，它將于2016年10月19日實施其最后一次主要變軌，以350 米/秒的速度進入周期約為14天的科學軌道。

等待5年的約會

“朱諾號”在茫茫太陽系中飛行了近5年，跨越了27億千米后才等到與木星相會的這一天，實屬不易。雖然早在2011年8月，“朱諾號”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引力的作用運行著。直到2013年10月9日，飛出地球兩年后的“朱諾號”與地球擦身而過（最近時僅相距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，科學家抓緊時間，開機測試了“朱諾號”所攜帶的科學儀器，為向木星進發(fā)做好了充足準備。

這次“朱諾號”成功進入木星軌道，創(chuàng)造了一系列不可思議的工程學奇跡，還創(chuàng)下了兩個第一：第一個由太陽能驅(qū)動的木星探測器，第一個圍繞著木星兩極軌道飛行的人造探測器。

“朱諾號”上還搭載了三個鋁制樂高人偶——“伽利略”、“朱庇特”和“朱諾”。“伽利略”帶著他的望遠鏡和木星模型，“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月觀測木星的手稿以及這位著名科學家的肖像。

三頭六臂窺探木星

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

在眾多先進設(shè)備和成熟技術(shù)的幫助下，“朱諾號”將近距離觀測木星云層的頂端，并探測木星云層下方的情況，對木星兩極的極光、引力場、磁場、大氣結(jié)構(gòu)和成分進行探測，同時觀察它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、大氣與磁場各方之間的相互關(guān)聯(lián)。通過這些研究，科學家將加深對木星形成與演化的理解，并在此基礎(chǔ)上進一步了解整個太陽系誕生的過程和機制。

為了實現(xiàn)相關(guān)目標，承擔著重要科學觀測任務(wù)的“朱諾號”采取木星極軌道飛行，高度很低，最近時距離木星云層頂部僅4100千米，每11天圍繞木星運行一周。這樣的軌道設(shè)計出于兩方面的考慮：一是能使探測器飛得非常低，以獲取精確的引力場測量數(shù)據(jù);二是可以避免探測器進入危險性最高的輻射區(qū)域，從而最大限度保護它的安全。

此外，由于受到太陽風的影響，木星上有非常強烈的輻射帶，其分布與地球上空的范艾倫輻射帶類似，但強度卻要高得多。范艾倫輻射帶由地球磁場俘獲的帶電粒子構(gòu)成，形成兩個環(huán)繞地球的同心環(huán)。輻射帶會因為太陽風暴和其他空間天氣事件而膨脹，常常會對衛(wèi)星通訊、GPS衛(wèi)星以及宇航員構(gòu)成嚴重威脅。因此，“朱諾號”需要“頭頂”1厘米厚的鈦合金保護層，才能保證電子元器件儀器的正常工作。

在7月5日進入木星軌道后，“朱諾號”搭載的“JunoCam”彩色可見光相機就開始工作并傳回數(shù)據(jù)。7月11日，它在距離木星約430萬千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。然而由于距離延時加上信號帶寬太小，研究人員那時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最清晰的高解析度圖片，還需要耐心等待幾周時間。不過美國西南研究院首席研究員斯科特·博爾頓卻非常樂觀：“‘JunoCam成功經(jīng)受住了木星極端輻射環(huán)境的考驗，它已經(jīng)準備好拍攝木星，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”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。它將提供一個更寬廣的視角，為“朱諾號”上的其他科研儀器提供素材。

注定早逝的悲劇英雄

按照計劃，“朱諾號”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圈實現(xiàn)對木星表面每隔48°經(jīng)度的8個窄條的觀測，接著再用8圈將觀測區(qū)域間隔縮小至24°，最后再用16圈將其縮小到12°。

雖然環(huán)繞一圈科學軌道要約兩周時間，但“朱諾號”只有在最接近木星的6～8個小時里才能有效地開展科學觀測。不過這32圈科學軌道編織的“鳥籠”，足以把整個木星表面納入囊中。到2018年2月20日，“朱諾號”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菌，科學家擔心它可能會污染木星幾顆衛(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“行星保護原則”，因此“朱諾號”最終的命運就是主動受控墜入木星大氣層焚毀。

當然，“朱諾號”也不必過于傷心。早在1989年，美國就已經(jīng)發(fā)射過一個“伽利略號”（Galileo）探測器。它在1995年抵達木星，開始圍繞木星旋轉(zhuǎn)，并向其釋放了一顆大氣探測器，以研究木星大氣的構(gòu)成。不料在進入木星大氣層1個小時后，“伽利略號”就與大氣發(fā)生了嚴重摩擦，最終被強大壓強摧毀?？茖W家估測，這顆大氣探測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”顯然要幸運得多。

盡管“伽利略號”探測器對木星進行過近距離觀測，但是對人類來說，這個巨大的行星仍有磁場、大紅斑、核心成分等許多未解之謎。此次，“朱諾號”將攜帶磁強計、微波輻射計、高能粒子探測器等眾多先進的科學設(shè)備，對木星進行詳細的觀測研究。

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面目的朱諾，也注定將成為一個史詩般的悲劇英雄。究竟“朱諾號”能否撥開云霧，看透木星的厚實云層，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！