NASA朱諾號帶你探尋木星的另一面！

科技 07-20

近日，美國宇航局的木星探測器「朱諾」號，首次飛越了木星上最具特色的「大紅斑」地帶，進行了史上最近距離觀測，此舉讓我們有機會一睹這個直徑1.6萬公里巨型風暴的真容。

據報道，「朱諾」號在「大紅斑」雲層上方約9000公里處飛過，探測器上的主要攝影機能穿透雲層的儀器在飛躍時啟動運作，嘗試拍攝大紅斑全貌。

（來源：NASA）

我們經常聽見月球探測器、火星探測器，卻很少在新聞上看見木星探測器的身影。同時，相比於月球和火星，我們普通大眾對木星也比較陌生。今天我們就來揭開木星和「朱諾號」木星探測器的神秘面紗！

「掀起你的頭蓋（gu）來！」

強大的木星磁層

以羅馬神話中眾神之王朱庇特(Jupiter)命名的木星，不是一顆平庸的行星。它的質量比太陽系中所有其他行星之和更大。它甚至不屑於做行星之王：如果不是在幾十億年前太陽系形成這場氣體爭奪戰中憾負，它甚至可能成為太陽之外，這個系統中第二顆能夠點燃氫聚變的恆星。

即使錯失成為恆星的機會，木星也足以讓人恐懼：它外核的液態金屬氫電流賦予了它強大的磁場（磁矩為地球的2萬倍），彷彿在太陽風的洪流中撐起了一把巨傘。這把叫做「木星磁層」的彗狀巨傘其形之巨，足以裝下數個太陽，其長尾甚至遠及4個天文單位（6億公里）外的土星軌道——這使的木星磁層成為太陽系中，除太陽風在星際介質中淘出的氣泡「日球層」之外，最大的連續結構。如果我們能在地球上目視木星磁層，我們會發現它比日月盤面還要大5倍以上。

在距離木星較近處，等離子體波與等離子體環中電子的相互作用將電子加速到接近光速，產生強烈的同步輻射——這裡被叫做「輻射帶」。輻射帶中的電子溫度最高可達千億度（20MeV）。人類探測器一旦接觸輻射帶中的高能粒子，就會造成電子器件的物理傷害，直至完全失靈。

然而2016年6月24日，朱諾號已經突入木星磁層頂激波面，猶如獨騎挑戰惡龍的勇士，越來越迫近木星，和它周圍烈焰熊熊的城堡。那麼，朱諾號為什麼能成功突入木星磁層呢？

（木星磁層結構及視尺度示意圖，Neil Tyson et al., "One Universe", Joseph Henry Press）

朱諾號將功成身退！

朱諾號當然有備而來。

它的心臟，是RAD750抗輻射處理器。它能承受100萬倍於足以致人死地的輻射劑量，在木星周圍的狂暴環境中，預計15年才會出現一次「藍屏」。

它的鎧甲，是1厘米厚的金屬鈦殼，總重180千克。絕大部分科學儀器都在鈦殼的保護下，使其遭受的輻射強度減弱800倍，至電子器件可承受水平以下。

它的姿態保持，沒有採用成熟的反應輪方案，而是採用略顯復古的自旋穩定方案，以節省反應輪所佔用的發射質量，為更厚實的鈦殼、更多的科學儀器和更充沛的推進劑讓出空間。

朱諾號發射重量為3625千克，其中燃料與氧化劑總重量為2032千克，佔總重一半還多。但這些燃料只能為探測器帶來總計2000m/s的速度改變，用一點少一點，需要特別精打細算。

不過，讓朱諾號飛向木星的主要動能來源當然不是這區區一點自帶的推進劑。2011年8月2日，攜帶朱諾號升空的，是Atlas V 551型火箭。作為曾經把新視野號探測器送往冥王星的同款火箭，它給朱諾號注入31.1 km2/s2的發射能量，將其送入約2年周期的繞日軌道。這條軌道的遠日點在火星軌道之外：在那裡，朱諾號實施了兩次深空機動，使探測器重新瞄準地球飛了回來。這兩次深空機動消耗了朱諾號730 m/s的速度改變預算。

事實上，朱諾號到達木星的過程並不容易。美國的朱諾號木星探測器於2011年8月5日發射，2016年7月5號才到達木星。

（朱諾號返回地球進行引力彈射時對地球和月球拍攝的系列畫面）

2013年10月9日，朱諾號與地球相距僅559公里擦身而過，在地球的引力彈射作用下，朱諾號獲得了7.3 km/s的速度增量，這才具備了飛往木星的能力。在飛經地球前後，朱諾號抓緊開機測試了它所攜帶的科學儀器，為前進木星做好準備。

之後朱諾號小憩了791天，直到2016年1月5日，迫近木星前半年，復甦了。為了實施7月5日的木星軌道接入，朱諾號需要提前2個月開始注入燃料、加熱管線，提前7天打開用於防範流星體的引擎保護罩，並將電池充滿以備不測。

在木星軌道接入（JOI）點火前半小時，朱諾號調整姿態，將主引擎對準預定的點火方向。為此朱諾號不得不把對地通訊的主力高增益天線移開對地方向。在JOI期間，朱諾號只能用低增益天線發送少量事先約定的「暗號」，告知地球它的任務進展狀態。

JOI成功之後，朱諾號進入周期53.5天的木星俘獲軌道。如此繞行兩周之後，2016年10月19日，朱諾號實施其最後一次主要變軌，用350 m/s的速度改變預算，來實現進入周期約為14天的科學軌道。

此外，朱諾號攜帶有劇毒的燃料，一旦失控並偶然墜毀在木星的衛星上，將會污染它們可能孕育生命的冰下海洋。所以，朱諾號唯一的結局只能是功成身死，受控燒毀在木星濃密的大氣層中。按計劃，它壽終正寢的時間是2018年2月20日。雖然，最終朱諾號會消逝在宇宙中，但是，它在整個探測過程中，會給深空探測與研究帶來意義非凡的數據。朱諾號的任務不僅僅是拍攝到木星的大紅斑這樣簡單。