從「先驅者」到「朱諾」：造訪木星之路

今年7月，人類探測器即再度造訪木星。航天器上一次臨近探測這顆太陽系的「行星之王」，已是近十年前的往事，回顧以往的木星探測，也許會讓我們產生更多的期待。

木星在中國古代稱為「歲星」，西方人則用羅馬神話中的主神朱庇特（Jupiter）來稱呼它，朱諾正是神話里朱庇特的神後。它是太陽系從裡向外計序的第五顆行星，也是八大行星中最大的一顆，太陽系行星里的「巨人」。它的質量是地球質量的318倍，是其餘7顆行星總和的2.5倍。它的直徑是地球的11.2倍，體積是地球的1316倍。

木星很早就引起了人們的特別關注。航天器對它的探測讓我們獲得了許多前所未有的認識。木星的某些衛星上甚至可能存在原始生命，更是引人入勝。今年7月，美國於2011年8月向木星發射的「朱諾」（Juno）號探測器將進入木星軌道，在經過了近十年後，再次啟動了對木星的深空探測。

「先驅者」和「旅行者」的開創之舉

迄今為止，對木星的航天器探測主要是由美國開展的，歐洲空間局也參與其中。初期的探測包括美國的「先驅者」系列和「旅行者」系列各兩艘飛船，其中3艘飛船先後順帶探測了兩顆以上的行星。

美國於1972年3月2日發射「先驅者」10號探測器，次年12月3日抵近木星，行程10億公里。它在距木星13萬公里處抵近木星雲層時，拍攝了世界上第一張木星近距離「特寫」照片。它共向地球發回300幅木星和木衛的照片，同時利用木星的引力場加速飛向土星，又利用土星的引力場加速，飛向宇宙深空。

美國於1973年4月5日發射「先驅者」11號探測器，次年12月5日以4.2萬公里的距離飛越木星北極上空，拍攝了300張木星彩照，同時進行了多種科學考察，然後改變軌道飛向土星。

「先驅者」10號和11號這兩個探測器各攜帶著一塊畫有圖案的鍍金鋁質標誌牌，作為人類的「名片」，希望能被太陽系外的「外星人」截獲，是人類探索地外文明的一次嘗試。前者於1986年6月越過冥王星軌道，成為第一個飛出太陽系的航天器；在經歷了1百億公里的航程後，於1997年3月停止與地球的聯繫。後者於1990年2月越過冥王星軌道，飛出太陽系；2000年與地球相距110.5億公里時，與地球失去聯繫。「旅行者」1號於1988年10月飛越冥王星軌道，估計在2017年前後能源耗盡，地球將失去它的信息。

美國於1977年9月5日發射「旅行者」1號探測器，1979年3月5日在距木星27.8萬公里處飛越木星，拍攝了數千張木星及其衛星的照片，獲得了許多重要發現，並清晰地拍攝到大紅斑。它在離木星120萬公里處穿越木星赤道面時，首次拍攝了木星環的照片；由於木星環很暗，寬度只有數千公里，厚度只有幾公里，而且其反照率又低，因此在地球上用望遠鏡根本看不到。木星兩極區有強極光輻射，可長達3萬公里。它還發現了木衛一上至少有6座活火山，並拍攝到火山噴發的照片；發現了木衛二的整個表面被冰所覆蓋，地勢平坦，還發現了木星的另外3個衛星。隨後「旅行者」1號飛向土星。

美國還於1977年8月20日發射了「旅行者」2號，1979年7月9日從木星及其衛星中間穿過，距木星最近距離為72萬公里。它證實了「旅行者」1號的發現，也拍攝了木星大紅斑的照片。「旅行者」2號後來又相繼飛近土星、天王星和海王星，成為迄今為止唯一一艘探測了四大行星的探測器。

「伽利略」號的豐功偉績

為了更深入地了解木星，美國於1989年10月18日發射了木星專用探測器「伽利略」號，它於6年後的1995年12月7日進入繞木星飛行的軌道，成為首個環繞木星運行的人造衛星。將其命名為「伽利略」的意義是為了紀念偉大的義大利科學家伽利略首次用望遠鏡觀測木星，作出了重大發現。此前，「伽利略」號曾於1995年7月13日釋放一個子探測器，後者於12月8日，以17萬公里的時速沖入木星大氣層，與木星稠密的大氣層劇烈摩擦，表面溫度高達1萬5千度，同時還要承受20倍於地球大氣的壓力，在毀損前的57分鐘內對木星大氣層進行了探測。「伽利略」號對木星的觀測距離比「旅行者」號近20倍，發回的照片清晰度高20倍～100倍。「伽利略」號的探測成果，首次全面完整地展示了木星及其衛星的很多細節狀態，發現了許多前所未知的秘密，如發現在木衛二的冰層下可能存在液態水，這就有可能有生命在發展演化。「伽利略」號於2003年12月停止工作。

歐洲空間局和NASA聯合研製的「尤利西斯」號探測器於1990年10月6日離開「發現」號太空梭，踏上了探測太陽的漫漫征途。但是在前往太陽之前，它首先藉助木星引力進行了加速並轉向。1992年2月，它趕在「伽利略」號之前抵達了木星附近，並對木星進行了考察。1994年7月，蘇梅克-列維9號彗星撞擊木星期間，「尤利西斯」號也從大約8億公里的距離上參與了觀測。

十年後，當「伽利略」號以墜入木星大氣的方式結束自己的使命時，2003年至2004年，「尤利西斯」號到達遠日點，第二次接近木星，並對木星進行了觀測。

在「伽利略」號探測木星期間，飛往土星的「卡西尼」號也曾從1000萬公里的遠處對木星進行過觀測。「卡西尼」號需要在短短的7年時間中飛抵土星，如果直接前往，將不得不攜帶70噸燃料，這幾乎是不可能的。為此它途中四次利用行星加速，其中的最後一次是2000年12月從距離木星1000萬公里處飛越，在木星引力的助推下，它的速度達到了每秒30公里。藉此機會，「卡西尼」號對木星也進行了觀測。

計劃探測冥王星的「新視野」號，採取了與「卡西尼」號類似的飛行策略，藉助木星引力提速。2007年2月底，「新視野」號以距離木星227萬公里之近飛越木星。在此前後，它對木星進行了4個多月的觀測和拍攝，獲得了迄今最清晰的木星圖像。227萬公里的距離幾乎是地月平均距離的6倍，但是此後近十年，直至「朱諾」號抵達木星，再也未有人類的航天器與木星的距離接近過這個數字。

木星探測的未來之路

到2008年初，已發現木星有63顆衛星，其中有近50顆是1979年以後通過深空探測等手段發現的。木星衛星中最著名的是1610年伽利略率先發現的4顆衛星——木衛一、木衛二、木衛三和木衛四，它們也被稱為伽利略衛星。空間探測器近距離深入地探測了這些衛星，傳回了它們表面高清晰度的圖像。這些影像連同其它資料和測量，改變了我們對這些遙遠世界的認識。

1979年春，「旅行者」1號探測器拍攝了它們的照片。木衛一，木衛二，木衛三，木衛四有了一個「全家福」。科學家們將木星的4顆伽利略衛星與月球進行了比較。

木衛一的半徑為1821公里，至今還在頻繁地發生火山爆發，表面滿目瘡痍是火山噴出物二氧化硫沉降造成的。木衛三的半徑為2631公里，是太陽系中最大的一顆衛星，而且比水星還大，它的表面上有不少大小不一的隕擊坑。木衛四的半徑是2410公里，與水星的大小不相上下，它上面也有不少隕擊坑。

木衛二是太陽系裡除火星外最有可能找到地外生命的星球。它的半徑只有1561公里，是伽利略衛星中最小的。「伽利略」號探測器的照片顯示其表面被大量冰所覆蓋，這些冰比較新鮮，表面上的隕擊坑很少，反照率高，因此依然顯得很明亮。據探測，木衛二的冰層厚約10公里，下面可能存在著溫暖的液態水海洋，最深可能達到100公里。人們知道，在地球上的大洋深處，陽光照射不到，從地底下有一些「黑煙筒」冒出，在其四周還有種種生命繁衍孳生。這些黑煙筒是出自地層深處含有礦物質的溫泉，給微生物提供了足夠的營養和熱量。科學家據此推測木衛二的海洋里也可能有微生物繁衍。

怎樣證實木衛二的海洋里真有微生物呢？聰明的讀者也許會產生這樣一個奇思妙想：發射一艘宇宙飛船，帶一部鑽探機到木衛二的冰面上去鑽個孔，把海水抽上來化驗。是的，你和科學家想到一起去了。

NASA的科學家們正在規劃著一項探測，稱為木星冰態衛星軌道器（Jupiter Icy Moons Orbiter），這是一架大型宇宙飛船，縮寫為JIMO。它的目標是近距離地研究木星的三顆衛星。JIMO在發射後，將先後到達木衛四和木衛三，最後抵達木衛二。JIMO飛船將以核反應堆作動力，在每顆衛星周圍繞行相當長的時間。飛船將應用雷達成像技術測量冰層厚度，並考察冰下海洋的大小和深度，測繪表面上有機物和生物學上重要的化學物質可能存在的區域。JIMO要為隨後的宇航探測確定可能的登陸場所，以期在未來的某一天，可將鑽探設備甚至潛水探測器運載到木衛二上去。

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