造訪木星，人類還有太多的未知

科技 07-19

造訪木星，人類還有太多的未知

馮霜晴編譯

經過五年的旅程，美國宇航局（NASA）的「朱諾」號探測器終於抵達木星，並且成功進入了木星軌道。這是繼1995年的「伽利略」號探測器之後，第二艘進入木星——這顆太陽系中最大行星的軌道的探測器。

從1995年開始的八年時間裡，伽利略號探測器給我們呈現了狂暴的木星大氣這一前所未有的影像。它探測到木星上存在劇烈的雷電活動，其範圍要遠大於地球上典型的雷暴。

藉助伽利略號探測器的近紅外測繪分光儀和影像相機進行觀測，科學家們發現沿著木星帶狀結構的雲層的運動軌跡類似於噴射流。伽利略號幫助人們認識到木星大氣層中有著洶湧的上升氣流和下降氣流，並進一步發現了厚厚的大氣下層存在氨雲。

伽利略號的重要任務之一是釋放一枚探測器，讓它降落到旋渦狀雲層的深處。在這枚探測器能夠繪製氣壓、氣溫和大氣成分的垂直剖面圖，一直到它在木星內部的巨大壓力下融化和汽化才終結使命。

「朱諾」登場了

伽利略號探測器的觀測結果讓人們在一定程度上認識了木星，比如木星的衛星和光環。朱諾號的造訪為進一步探索這顆行星揭開了序幕，它關注到了許多在人類認知範圍內有關木星的未解之謎。

朱諾號是第一艘飛躍木星南北兩極的探測器，在接下來的運行軌道上，它將飛過這顆行星的不同經度。根據這一戰略，朱諾號將進入高輻射區域，這就要求對探測器上的電子設備裝配額外的防護罩。這一戰略部署有助於讓朱諾號最高效地測繪整個木星的圖像，並且讓監測太陽系中最壯觀的極光成為可能。

木星的極光

地球上和木星上的極光有著類似的外觀，但是形成過程卻各有差異。對於地球極光來說，太陽的高能帶電粒子流（太陽風）螺旋式下降到地球磁場，使高層大氣分子或原子激發（或電離）而產生了極光。

木星則有著更為強大和高速旋轉的磁場，一直延伸到受強大潮汐影響的艾奧（ Io，距離木星最近的大型衛星）的軌道。在火山爆發等情形下，艾奧會發射出高能粒子。木星的磁層富含高能帶電粒子。高能帶電粒子與分子氫——木星大氣層的主要成分發生碰撞，就產生了木星的極光。

目前天文學家們尚未弄清楚木星磁場和太陽耀斑中帶電粒子的互動是如何對木星的極光產生影響的。通過在太陽活動增強期間從木星磁層內部進行觀測，朱諾號探測器或許可以解開這個謎團。

朱諾號配備的精密儀器（如JEDI和JADE感受器）能夠測量高能粒子的波動，並在原地測定和記錄磁場的強度、磁場和木星低層大氣的關係。

木星的構造

普遍流行的木星構造模型顯示，木星的整體大部分應該和太陽的成分類似，都起源於同樣的太陽星雲。然而，伽利略號探測器下降到木星大氣深層之後，發現那裡氦和重元素的含量要遠遠低於預期。

這並不是唯一令人驚訝的發現。基於木星大氣層模型，人們曾認為木星存在大量的水。這些水是理應是能夠探測到的，以冰雲的形式存在於氨和氫硫化銨層之下。

伽利略號探測器的確發現了一些氨冰組成的雲團存在的證據，但氨層之下並沒有發現水冰的跡象。對這個意外發現的一種解釋是，伽利略號探測器可能只是簡單地在木星上風異常大、異常乾旱的地方進行了取樣。而這些地區往往最不可能形成雲團。

朱諾號的微波輻射計能夠在不同的地點探測到木星大氣的更深層，從而描繪出關於水冰集中和分布的更為清晰的圖像。

了解太陽系外行星

搞清楚木星的總成分、大氣組成和動力不僅有助於人們進一步認識太陽系，甚至對於加深人們對系外行星的了解也意義重大。

1995年，天文學家第一次觀測到一顆繞著類似太陽的恆星運轉的行星。今天，人們已知的繞其他星球運轉的恆星多達近4000顆。這些行星中的許多因為重量和大小和木星一般而被稱為「熱木星」，但與水星和太陽的距離相比，「熱木星」們離它們的母恆星近得多。

人們認為這些行星在形成時期距離母恆星的距離比現在要大，否則它們不可能維持以氫為主要成分、類似木星的厚厚的大氣層。「熱木星」可能在形成之後的某段時間向母恆星靠近了。

當然，這些炙熱的行星上的環境與我們所熟悉的木星的環境大相徑庭。但是，讓我們能夠描述「熱木星」的模型在木星的低溫極限下同樣適用。

通過測量木星的引力場，朱諾號將繪製木星內部結構的圖像。這有助於我們了解這顆行星的構造、它是否從最初的位置移動以及是什麼移動停止。

關於木星還有大量未解之謎，包括這個經常被小學生問到的問題：「什麼給木星的帶狀結構上了色？」朱諾號探測器最有可能找到這個問題的答案。

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