9778818威尼斯官网:朱诺号探测器抵达木星,NAS

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。

9778818威尼斯官网 1朱诺号探测器成功抵达木星。图片来源:NASA

2011年8月发射的“朱诺”号探测器于2016年7月5日顺利进入木星轨道。“朱诺”号是人类历史上迄今距离木星最近的探测器,它利用木星的磁场、引力场及天然出现的电磁波来研究这颗巨大气态行星的神秘内核,同时也将首次为木星极地拍照,并对照亮木星南北极的北极光进行深入研究,有望增进人们对木星的起源、演化以及行星形成的理解。

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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。

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。

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【嵌牛导读】:美国国家航空航天局(NASA)的“朱诺(Juno)”号探测器正在前往木星的路上,它于2011年8月发射,将于2016年7月5日(北京时间)进入木星轨道,“朱诺”号将帮助科学家们更好地理解木星的起源和演化历程,以及行星如何形成。

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?

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。

该示意图显示“朱诺”号成功进入木星轨道。(图片来自美国国家航空航天局官网)

【嵌牛鼻子】:NASA   木星

以探索木星卫星为目标

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。

根据NASA的数据,2011年8月5日,“朱诺”号探测器从美国佛罗里达州卡纳维拉尔角发射升空,开启木星之旅。2016年6月11日,“朱诺”号开始全天候从地球收发数据;6月20日,用于保护主引擎免受微小陨石和星际尘埃损坏的防护罩开启;6月28日,“朱诺”号推进系统开始增压,做最后准备;7月4日,“朱诺”号关闭与进入轨道无关的所有设备,打开推进器,进入木星轨道。

嵌牛提问】:木星的探测还能持续多久?

如今,已为地球发回木星清晰图片的“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,包括木星内核、深层空气存水量以及每小时可达618公里速度的飓风。

木星探测史

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 3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。

最初,天文学家们使用地球上的望远镜来研究木星。伽利略是第一个用望远镜观测木星的天文学家,正是他最先使用望远镜发现了木星的4颗卫星。此外,天文学家也使用围绕地球旋转的类似哈勃太空望远镜的望远镜来研究木星。

【嵌牛正文】:

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3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。

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 4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

为了一睹木星的“真容”,揭示其“内心”,NASA已先后向木星派出了8个探测器:“先驱者10”号、“先驱者11”号、“旅行者1”号、“旅行者2”号、“尤利西斯”号、“伽利略”号、“卡西尼”号土星探测器、“新地平线”号冥王星探测器。

美国国家航空航天局(NASA)的“朱诺(Juno)”号探测器正在前往木星的路上,它于2011年8月发射,将于2016年7月5日(北京时间)进入木星轨道,“朱诺”号将帮助科学家们更好地理解木星的起源和演化历程,以及行星如何形成。

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。

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。

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美国国家航空航天局(NASA)的“朱诺(Juno)”号探测器正在前往木星的路上,它于2011年8月发射,将于2016年7月5日(北京时间)进入木星轨道,“朱诺”号将帮助科学家们更好地理解木星的起源和演化历程,以及行星如何形成。

之所以以Ganymede为主要研究对象,是因其为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。

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 6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.

“先驱者10”号探测器

“朱诺”号探测器将是人类历史上距离木星最近的航天器,它使用木星的磁场、引力场以及天然出现的电磁波来研究这颗巨大气态行星的神秘内核。“朱诺”号也将首次为木星极地拍照并且对照亮木星南极和北极的北极光进行深入研究。

适合生命生长的类地环境

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?

9778818威尼斯官网:朱诺号探测器抵达木星,NASA四十多年曾派出八个探测器探访木星。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)

从某种程度上说,“朱诺”出马,也有“夫妻”团圆的意味。

“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可能发生过类似地球的板块活动。

“先驱者10”号探测器是NASA于1972年3月2日发射的一艘航天飞行器,也是第一艘越过小行星带近距离观测木星的飞行器。1973年12月,“先驱者10”号首次拜访木星,并于当年12月3日发回了第一组木星的近距离图像。

“朱诺”的名字来自于古希腊与古罗马神话,传说中朱庇特用云彩遮掩自己,隐藏自己的真容,但他的妻子—朱诺女神却 拥有神奇的力量,能够穿透遮掩朱庇特的云雾,窥视其“真容”。NASA选用这个名字来为这艘木星探测器命名,也是希望这个深空探测器能够拨开遮掩木星的重 重迷雾,向世人展示其“真容”。

南京大学天文与空间科学学院教授周礼勇表示,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”作出新的定义,并且为生命发生、发展的具体条件给出新的结论。

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根据NASA的数据,2011年8月5日,“朱诺”号探测器从美国佛罗里达州卡纳维拉尔角发射升空,开启木星之 旅。2016年6月11日,“朱诺”号开始全天候从地球收发数据;6月20日,用于保护主引擎免受微小陨石和星际尘埃损坏的防护罩开启;6月28日,“朱 诺”号推进系统将开始增压,做最后准备;7月4日,“朱诺”号将关闭与进入轨道无关的所有设备,打开推进器,进入木星轨道。

“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海洋,有内部热源,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。”

“先驱者11”号探测器

实际上,号称8大“金刚”探测器也曾探访木星

无法“着陆”的探测器

“先驱者11”号是第二个用来研究木星和外太阳系的空间探测器,也是第一个研究土星及其光环的探测器,于1974年12月拜访木星。

最初,天文学家们使用地球上的望远镜来研究木星。伽利略是第一个用望远镜观测木星的天文学家,正是他最先使用望远镜发现了木星的4颗卫星。天文学家们也使用围绕地球旋转的类似哈勃太空望远镜的望远镜来研究木星。

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。

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为了一睹木星的“真容”,揭示其“内心”,NASA朝木星派出了8大“金刚”(探测器):“先驱者10号”“先驱者11号”“旅行者1号”“旅行者2号”“尤利西斯”“伽利略号”“卡西尼号”土星探测器“新地平线”冥王星探测器。

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、穿刺等方式研究木星的磁场强度和方向、气体的组分以及温度、密度、压强等特性和参数。

“旅行者1”号探测器

“先驱者10号”探测器是NASA于1972年3月2日发射的一艘航天飞行器,是第一艘越过小行星带的飞行器,也是第一艘近距离观测木星的飞行器。1973年12月,“先驱者10”号首次拜访木星,并于当年12月3日发回了第一组木星的近距离图像。

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。

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“先驱者11号”是第二个用来研究木星和外太阳系的空间探测器,也是第一个研究土星和其光环的探测器,于1974年12月拜访卫星。

“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,以及在航天器设计上的进一步突破。”宗秋刚表示。

“旅行者2”号探测器

1977年8月和9月,“旅行者1号”“旅行者2号”发射升空,飞奔木星,而后前往土星。1979年3月7日, “旅行者1号”首次发现了木星环。“旅行者2号”在1979年7月9日最接近木星,在距离木星云顶57万公里处掠过。这次拜访多发现了几个环绕木星的环, 并拍摄了一些木卫一的照片,显示其火山活动。

1977年8月和9月,“旅行者1”号、“旅行者2”号发射升空,飞奔木星,而后前往土星。1979年3月7日,“旅行者1”号首次发现了木星环。“旅行者2”号在1979年7月9日最接近木星,在距离木星云顶57万公里处掠过。这次拜访新发现了几个环绕木星的环,并拍摄了一些显示木卫一火山活动的照片。

“尤利西斯号”探测器由NASA与欧洲航天局(ESA)合作建造、发射和运行,于1990年11月由美国“发现 号”航天飞机携带进入太空,随后开始了探索太阳两极的漫漫征途。1992年2月,在飞经木星附近时,“尤利西斯”号6次探测到了源于木星或木星周围卫星以28天为周期的尘埃爆发。

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“伽利略号”木星探测器1989年从“亚特兰蒂斯”号航天飞机上发射,是NASA第一个直接专用探测木星的航天器,也是NASA发射的最成功探测器之一,于1989年升空,1995年12月抵达环木星轨道。

“尤利西斯”号探测器

2000年,“卡西尼号”探测器在前往土星的过程中,掠过木星。2007年,“新地平线号”探测器掠过木星。

“尤利西斯”号探测器由NASA与欧洲航天局合作建造、发射和运行,于1990年11月由美国“发现”号航天飞机携带进入太空,随后开始了探索太阳两极的漫漫征途。1992年2月,在飞经木星附近时,“尤利西斯”号6次探测到了源于木星或木星周围卫星以28天为周期的尘埃爆发。

这些探测任务对木星的大气层、表面、卫星以及环进行了研究,也近距离地给木星拍了照,让人类得以一睹木星的“尊容”。

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“伽利略”号探测器

“伽利略”号木星探测器1989年从“亚特兰蒂斯”号航天飞机上发射,是NASA第一个直接专用探测木星的航天器,也是NASA发射的最成功探测器之一,于1989年升空,1995年12月抵达环木星轨道。

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“新地平线”号探测器

2000年,“卡西尼”号探测器在前往土星的过程中掠过木星。2007年,“新地平线”号探测器掠过木星。

这些探测任务对木星的大气层、表面、卫星及环进行了研究,也近距离的给木星拍了照,让人类得以一睹木星的“尊容”。

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