9778818威尼斯官网朱诺号探测器抵达木星,NASA完善

“JUICE”:开启木星探测新纪元

美国宇航局对木星的朱诺任务

中国化工仪器网 行业动态】地外文明的探索不仅是宇宙探索的一部分,同时对人类的进化和科技的发展将产生深远的影响。日前,据美国国家航空航天局消息,NASA将与欧洲空间局携手探索木星及其卫星,这一合作目前已进入实施阶段。木星冰月探测器,而‘JUICE’的目标是更深入地理解整个伽利略卫星系统的行程和演化历程,系统能穿透木星的冰冻卫星表面。 欧空局的“木星冰月探测器”将于2022年左右发射,2029年10月到达木星,随后将花4年时间对木星的磁层、湍流大气及冰冻的伽利略卫星——木星四大卫星:“艾奥”“欧罗巴”“加尼美得”和“卡里斯托”进行深入研究。现在,这一任务已由“关键设计点C”阶段进入建造阶段。NASA作为合作伙伴,将为这一项目投资约1.144亿美元。 “JUICE”是欧空局的“宇宙视野2015—2025项目”中的项目,预计携带10台科学仪器,NASA将提供紫外线光谱仪和“粒子环境包”,以及“冰月探测实验雷达”的子系统等。 紫外线光谱仪能观测木星系统大气的化学组成,获悉更多与木星同温层的垂直结构的信息,并确定木星不断变化的磁层环境之间的关联;PEP由6个传感器组成,能提供围绕在木星周围的电浆系统的3D图片;“冰月探测实验用雷达”系统能穿透木星的冰冻卫星表面,获得更多有关其表面之下结构的信息,它的主要目标是“欧罗巴”“加尼美得”和“卡里斯托”,目前还在完善阶段。 NASA项目科学家柯特·倪博还解释了“JUICE”和NASA的“欧罗巴快帆(Europa Clipper)”之间的关系,“它们会一起探测整个木星系统,‘欧罗巴快帆’的主要目标是探测‘欧罗巴’并确定其是否宜居;而‘JUICE’的目标是更深入地理解整个伽利略卫星系统的行程和演化历程。” 倪博表示,通过调查木星系统的复杂性,人们将更深入地洞悉宜居区域如何在太阳系内外出现。“宜居环境能以意想不到的方式出现在意想不到的地方,生命可能并不局限于那些与其太阳距离刚好的类地星体表面。” 伽利略望见木星卫星三个半世纪后,人类才开始探索它们。1995年,“伽利略号”航行六年后到达木星轨道,在木星放了一个探测器,并且得到木星卫星的手资料。“伽利略号”2003年坠毁,我们失去了前线的侦察兵。好在欧空局将在几年后续上这段征程。强大得多的新仪器将呈现更多细节,并让我们更有把握回答木星卫星是否宜居的问题。 编辑点评 “JUICE”作为欧空局的“宇宙视野2015—2025项目”中的项目,NASA十分重视完善科考仪器,充分发挥其作用。预计携带10台科学仪器,NASA将提供紫外线光谱仪,以及“冰月探测实验雷达”的子系统。 (原标题:美欧木星探测进入实施阶段:NASA正完善关键科考仪器)

9778818威尼斯官网 1朱诺号探测器成功抵达木星。图片来源:NASA

近日,据美国国家航空航天局官网消息,NASA将与欧洲空间局携手探索木星及其卫星,这一合作目前已进入实施阶段。

NASA / JPL-加州理工学院

经过近5年的太空航行,美国航空航天局(NASA)的朱诺号(Juno)探测器,成功飞抵太阳系最大的行星——木星。持续35分钟的主引擎点火减速之后,北京时间今天(7月5日)中午11:53,朱诺号探测器成功进入环绕木星运转的轨道。

据报道,欧空局的“木星冰月探测器”将于2022年左右发射,2029年到达木星,随后花费4年时间,对这颗三百倍于地球质量的巨行星的磁层、湍流大气及伽利略卫星进行深入探测。NASA将为此次任务提供紫外线光谱仪、“冰月探测实验雷达”子系统等。

美国宇航局最先进的探测器尚未开始研究木星正在前往天然气巨头,但新的任务站在巨人的肩膀上,其管理人员说

朱诺号上的主引擎Leros-1b能够提供645牛顿的推力,持续35分钟的点火让探测器的速度减慢了542米/秒,使得探测器能够被木星的引力所俘获。点火完成后不久,朱诺号调整了姿态,以便让阳光再次照射到探测器携带的超大太阳能板上,为朱诺号接下来的科学探测提供电力。

从“伽利略号”到“朱诺号”再到今天进入实质性阶段的“JUICE”,人类从没有停止过对木星的探索。而“前辈”造就的辉煌已成过去,今天的“JUICE”到底还有哪些用武之地呢?

  • 特别是八个机器人太空船以前曾访问过天然气巨行星。

9778818威尼斯官网,未来几个月内,朱诺号的任务及科学团队将对探测器上的子系统进行最终的检测,对科学设备进行最终调试,并开始采集一些科学数据。

如今,已为地球发回数张木星清晰图片的“朱诺号”,不仅对木星重力场、磁场和极地磁层进行了测量,还为人类搜索了关于木星形成的各种线索,包括木星岩心、深层空气存水量以及每小时可达618公里速度的飓风。

“我们所做的每项任务都提供了独特而非常重要的信息,”Juno的首席调查员,圣安东尼奥西南研究所的Scott Bolton说,就在Juno 2011年8月发布之前。“其中一些早期的任务是侦察,所以我们可以弄清楚什么是正确的问题,他们基本上让我们问起我们与朱诺的问题。” [ 照片:美国宇航局朱诺对木星的使命 ]

木星探测史

9778818威尼斯官网朱诺号探测器抵达木星,NASA完善关键科考仪器助力美欧木星探测。朱诺号并不是第一个抵达木星的探测器。在此之前,已经有好几个航天器从木星附近路过,最早的一个是1973年飞掠木星的先驱者10号。甚至,朱诺号也并非第一个环绕木星的航天器。早在1995年,NASA的伽利略号探测器就抵达了环绕木星的轨道,还向木星的大气层中释放了一枚重340千克的探测器,发回的数据表明木星上风力强劲且湍流不断,并精细地测量了木星大气的化学成分。

在环绕木星飞行的8年时间里,伽利略号探测器证实了这样一个观点,即木星纤细的光环由木星最内侧小卫星上吹起的尘埃颗粒构成。它还在木卫一(Io)的火山上测得了高达2800度的高温,并且找到了其他3颗大卫星——木卫二(Europa)、木卫四(Callisto)和木卫三(Ganymede)冰面以下存在海洋的证据。

朱诺号是第二个环绕木星展开探测的航天器。与伽利略号不同,朱诺号的轨道将经过木星的两极,让我们能够首次近距离观测木星的极区。在一次又一次从木星云层的顶层上方近距离掠过的时候,朱诺号将测量微波辐射、重力场和磁场,让科学家有机会一窥木星内部深层的构造。

9778818威尼斯官网 2哈勃空间望远镜拍摄的木星极光,朱诺号探测器将近距离观测这些极光,增进我们对于木星磁场的了解。图片来源:NASA, ESA, and J. Nichols (University of Leicester)

朱诺的任务

朱诺号的首要目标是了解木星的起源和演化。借助它所携带的9台科学设备,朱诺号将探查木星是否拥有一个固态行星内核,绘制木星强大磁场的分布图,测量大气深处水和氨的含量,并观测这颗行星上的极光。这项任务还将帮助我们更进一步了解巨行星如何形成,了解这些行星巨人在太阳系其他部分形成的过程中起到过什么样的作用。作为气态巨行星的最主要范例,木星还将提供关键知识,帮助我们理解太阳系外其他恒星周围正在不断发现的行星系统。

参与过多项ESA 和NASA国际空间任务的北京大学空间科学与探测中心主任宗秋刚告诉《中国科学报》记者,“JUICE”此次计划的目标并非针对木星本身,而在于研究围绕 木星运行的三颗伽利略卫星:卡里斯托、欧罗巴、加尼美得,其中以Ganymede为主要研究对 象。

在这里'

找水

关心木星上有没有水,似乎有点奇怪,但这确实是朱诺号的科学家关注的主要问题之一。

在火星上,NASA的策略是找水,这决定了火星上是否曾经存在过适宜生命生存的环境。而木星,由于引力极大、辐射极强,明显不适合生命生存。不过,科学家对木星上的水产生兴趣的原因,并不是生命。

科学家关心的问题其实是,“氧去哪了?”木星上的绝大部分重元素,比如氮和碳,含量都比太阳上高得多,唯独氧元素很稀缺。因此,科学家预期,木星上的氧原子可能与氢原子结合成了水分子。

朱诺号探测器将对木星发出的微波辐射进行测量,这将透露木星内部的温度有多高,并透露有多少水藏在那里,因为水分子会吸收微波。

如果朱诺号找到了大量的水,那就意味着木星形成于远离太阳的寒冷区域,后来才迁移到了现在所处的轨道上。

那为什么相比太阳,木星会含有更多的重元素呢?这也是一个未解之谜。一个假说认为,更重的元素来自于彗星,它们撞入了木星,被木星吸收了。

9778818威尼斯官网 3除了科学设备以外,朱诺号上还携带了3个特制的乐高人偶,从左往右分别是伽利略、朱诺和朱庇特。图片来源:NASA

相较于“朱诺号”,“JUICE”的重点在于对木星卫星表面和内部结构进行研究,包括掌握卫星与木星的相互作用情况以及卫星自身的化学成分。“这是因为科学家判断在这些卫星的外部冰壳下面存在大面积海洋,此次计划的目的之一就是要确定这些卫星液体海洋的性质。”宗秋刚表示。

先锋10

木星之心

木星的中心有没有一个岩石内核呢?

测量木星的重力场,将透露木星内部质量的分布状况。如果那里真有一个岩石核心,那行星科学家就不得不解释岩石星球如何能够在太阳系那么早的时期就形成。如果没有岩石核心,那木星就形成于气体云的坍缩,跟太阳的形成过程差不多。

之所以以Ganymede为主要研究对象,是因其是太阳系中唯一已知的含有自身磁场的卫星,因此“JUICE”将进一步研究该颗卫星与木星磁场之间的相互作用过程,而这将有助于人们理解木星系统的演化以及动力学全过程。

NASA

金属氢

木星几乎完全由氢和氦构成——这是宇宙中最简单的两种元素,也是含量最丰富的两种元素。

冷却氢和氦这两种气体,它们会变成液态。而在木星内部,科学家认为氢还会经历另一个相变,变成一种金属。科学家还没有能力在地球上创造出金属氢。

在实验室里,氢已经被挤压到了压强高达每平方米数十亿千克力,却仍然顽固地保持着非金属态。木星内部的压强要比地球实验室里可以达到的压强高出数十倍。

木星的磁场可能就由金属氢中的电流产生。通过研究木星的磁场,科学家将有机会窥探这种奇异物态的特性。

9778818威尼斯官网 4欧洲南方天文台拍摄的红外波段木星影像(左图),和天文爱好者几乎同时拍摄的可见光波段木星影像(右图)。红外影像揭露了木星云层以下的部分结构,而朱诺号将观测木星发出的微波辐射,能够探测木星云层更深处的内部构造。图片来源:L. Fletcher / Damian Peach / ESO.

“对于Europa,‘JUICE’也计划有两次实质性飞掠。”宗秋刚介绍,科学家重点在于发现Europa上包括有机分子在内的构成生命的基本化学成分,并理解其表面的形成特征和非水冰组成材料。

1972年3月发射的第一艘宇宙飞机是迄今为止的星球,它是美国宇航局的先锋10号探测器,用于研究小行星带,木星大气层和外太阳系。大约一年半之后,在1973年12月,Pioneer 10遇到了木星。

20个月,37圈

朱诺号将在长椭圆轨道上环绕木星运行2圈,每一圈的周期为53天。10月19日,朱诺号将再次启动引擎,转移到一条周期为14天的轨道上,开始获取科学测量数据。按照目前的计划,环绕木星第37圈时,也就是2018年2月20日,朱诺号将主动坠入木星大气层,从而终结此次探测任务。

花了5年时间才飞抵木星,耗资11亿美元的朱诺探测器,为什么只探测20个月就打算要“壮烈”呢?

原因在于,朱诺号探测器比以往所有去过木星的探测器都要更加靠近木星,因而会受到木星附近辐射带中高能带电粒子的轰击。尽管朱诺号在设计时就考虑到了辐射问题,专门配置了140千克重、SUV旅行车大小的钛制防护罩,但随着任务的进行,朱诺号探测器上的电路会受到越来越多高能粒子的直接冲击。最理想的情况下,任务有可能延期数月,但探测器上的电子器件应该坚持不了太久。

那为什么又要采用“自杀”这种壮烈的方式来终结任务呢?

此前的伽利略号探测器,在完成任务之后,也以同样的方式坠毁在了木星大气层中。这为了确保来自地球的探测器不会意外坠毁在木卫二上。木卫二被视为是太阳系里最有可能存在生命的地方,那里的冰层之下存在一片液态水的海洋。如果朱诺号意外坠毁在那里,从地球上“偷渡”过去的微生命,就有可能污染那片海洋。

无论如何,已经抵达木星的朱诺号探测器,将刷新我们对于木星甚至我们太阳系的认知。(编辑:Steed)

除上述任务外,“JUICE”还将发现木星系统变化过程的多样性以及三大卫星在地质尺度上的稳定环境状态,包括其与整体伽利略卫星引力之间的耦合及其对伽利略卫星系统长期的潮汐影响等。

这艘飞机在覆盖天然气巨头的云顶124,000英里(200,000公里)范围内飞行。它对天然气巨头做了一些启示,包括测量木星环境中的强烈辐射。

适合生命生长的类地环境

先锋10目前正处于离开太阳系的轨道上,沿着恒星Aldebaran的方向向银河系的郊区行进。2003年失去了与航天器的通信。

“考虑到木星及其卫星就像一个迷你的太阳系,对其研究可以帮助我们了解像太阳这样的恒星系统及其一众行星的形成和演化。”宗秋刚强调,Europa是太阳系储水量最大的卫星,Ganymede的地形特征表明其很有可能发生过类似地球的板块活动。

美国宇航局艾姆斯研究中心

此外,木星与地球一样都是偶极场,在与太阳风的相互作用下可以形成磁层,并形成辐射带。同时,由于太阳风与磁层的作用,木星上存在着持续时间长、强度大的极光,这样的环境与地球磁场环境极其相似,将为人类了解日地空间的耦合起着重要作用。

一个姊妹船,它的前身,先驱者11号于1973年四月推出该工艺成为第二个通过小行星带飞,并在12月通过木星1974年先驱者11号后来成为遭遇土星在1979年7月第一艘

“无论是木星还是其卫星,对于人类了解宇宙及宇宙生命的意义都十分巨大。”宗秋刚表示,一旦人类通过探测器了解木星或其卫星上真有生命存在,通过对比该生命体与地球上的生命体在组成、结构上的不同之处,我们可以进一步探究不同环境对于生命演化的具体影响。

该探测捕获了木星大红斑的详细图像,以及行星的极点,并测量了木星月亮Callisto的质量。

南京大学天文与空间科学学院教授周礼勇也表示,木星卫星可能像地球一样适合生命生长。他指出,作为一颗远离太阳的星球,如果真有生命存在,光照、温度对于生命体孕育的作用情况可能需要被重新考虑。周礼勇认为,人类可能还要因此为所谓行星系统内的“宜居带”下出新的定义,并且为生命发生、发展的具体条件给出新的结论。

人类在1995年失去了与先锋11交流的能力,但是探测器仍然沿着星系Scutum的方向朝着银河系的中心行进。

“木星卫星与类地行星有些相似,虽然表面温度低,但由于冰层下面可能是液态的海洋,有内部的热源,可能存在某种生命形式。”南京大学天文与空间科学学院教授陈 阳认为,这也是此次木星卫星成为人类探索地外生命焦点的原因。“如果在木星卫星上寻找到某种形式的生命,对人类了解生命形成的条件、生命形式的多样性、生 命的进化以及地球生命的起源,都有巨大的启发意义。”

旅行者1

虽然木星及其卫星对人类探索宇宙奥秘意义重大,但木星强大的磁场,磁场与太阳系作用引起的强大辐射则成为了阻止人类探测器成功抵达木星的关键。

NASA

陈阳强调,木星是个高温气态行星,人类对木星的“实地”探索,还不可能通过“着陆”手段,而只能通过航天器掠过、绕转、穿刺等方式,来研究木星的磁场强度和方向、气体的组份以及温度、密度、压强等特性和参数。

旅行者1号于1977年9月发射,于1979年3月由木星飞行,拍摄了超过18,000张该天然气巨头及其卫星的照片。这辆车最接近行星中心约217,000英里(349,000公里)的距离。在旅行者的发现中,木星的月亮上出现了火山活动。

周礼勇表示,这样的特殊探索方式也为航天探测器的飞行轨道精确度、科学载荷计算以及与地球之间的通讯带来了极大的挑战。此外,陈阳认为,木星附近宇宙线及其辐射强于太阳系内大多数地方,这对于航天器来说也是个大问题,必须做好特别的防护措施。

旅行者1现在正在走出太阳系,它是目前距地球最遥远的人造物体,距太阳到我们星球的距离约为69倍。

“人类要想成功到达木星还需要做更加充足的准备,包括对木星及其卫星的组成、重力场、磁场、内外部结构等的进一步了解,以及对于航天器设计上的进一步突破。”宗秋刚表示。

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旅行者2

NASA / JPL-加州理工学院

旅行者2号于1977年8月在它的双航天飞机旅行者号1之前发射,但实际上是在1979年4月到达木星。它花了很多详细的木星系统照片作为它的兄弟,并帮助发现了三个新的卫星以及一个木星周围的小环。

该探测器仍在进行扩展任务,以研究太阳系与星际空间之间的边界。[ 关于美国宇航局旅行者航天器的5个事实 ]

伽利略

NASA

伽利略是第一个被送往轨道木星的任务。这辆车于1989年10月发射并于1995年12月抵达地球轨道。

在轨道上,伽利略向地面投下探测器,测量木星大气降温时的温度,风速和压力.Galileo的任务扩展到研究木星的卫星Io,Europa,Ganymede和Callisto,它揭示了这些卫星的秘密,包括木卫二表面下的咸海和Ganymede的铁核和磁场.Galileo研究木星直到2003年,当时它被退役并被派去自杀任务撞击木星的表面,以避免污染任何带有地球细菌的木星卫星。

尤利西斯

ESA

尤利西斯于1990年10月成立,是美国宇航局和欧洲航天局的合资企业,于1992年2月乘坐木星飞行,作为抵达太阳极的迂回方式的一部分。木星的引力被用作弹弓,将探测器送回太阳系中心,进入太阳极轨道。

然而,飞越足以让尤利西斯收集一些木星强烈的磁场和辐射场的有用测量结果。尤利西斯的任务于2009年6月结束。[ 视频:太阳系的起源锁定在木星内部的关键 ]

卡西尼 - 惠更斯

NASA / JPL

在卡西尼-惠更斯探测器(美国宇航局,欧洲航天局,意大利航天局任务)是最适合它正在进行的土星研究,飞船围绕进入预定轨道在2004年,但在它的途中带有环地球,卡西尼号木星在12月顺利通过知2000年,即1997年10月推出三年后。

探测器的高分辨率相机在长达几个月的飞行过程中捕获了26,000张令人眼花缭乱的木星大气图像。这些照片帮助科学家修改了他们对地球周围红色和白色气体带的理解。

惠更斯的探测器于2005年落入土星的卫星土卫六中,卡西尼探测器仍在绕土星运行。

新视野

丹杜尔达

最近访问木星的任务是New Horizo​​ns,这是美国宇航局探测2006年1月发射的矮行星冥王星的探测器。新地平线于2007

年1月至5月间由木星飞行。木星的访问实际上是New Horizo​​ns的重要组成部分。任务,因为巨行星的引力提供了一个千载难逢的机会,可以将一艘飞船射向冥王星。在为期五个月的飞越中,新地平线精确计算了木星内部卫星的轨道,并拍摄了该行星小红点的第一张太空船照片。

朱诺

NASA / JPL-加州理工学院

美国宇航局的朱诺任务将只是第二个致力于研究太阳系最大行星的太空船。探测器计划于8月5日发射,并于2016年8月到达木星周围的极地轨道。

任务将建立在所有以前的探测之上,希望帮助科学家填补他们对木星形成和演化理解的空白。作为太阳系的历史。航天器配备了仪器,详细研究了天然气巨人的大气层,磁层和引力场。科学家将研究在木星极地上发怒的极光,并构建一幅行星全部环境的三维地图。

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