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科学5年18亿英里,朱诺号下周飞抵木星

发布时间:2021-11-28 02:44
经过五年、将近18亿英里的飞行,美国宇航局(NASA)的“朱诺号”(Juno)探测器将以最简单的无线电信号——3秒钟的哔哔声——宣告抵达木星。 人们期待已久的哔哔声,还标志着为了让朱诺号放慢速度,以便被木星引力捕获而持续了35分钟的发动机工作过程告一段落。NASA预计,哔哔声将于美国东部时间下周一晚上11点53分抵达地球。 “我可以告诉你,哔哔声过后,你会看到很多庆祝活动。”朱诺号项目经理瑞克·尼巴肯(Rick Nybakken)说,“因为这意味着我们的探测器进入了木星的轨道,这实在是太酷了。” 朱诺号的任务是探索木星表面云层之下的谜团。已经肆虐了好几个世纪的大红斑(Great Red Spot)风暴向下延伸了多少?太阳系最大行星内部都有什么? “我们仍有很多疑问,而朱诺号做好了着手回答这些问题的准备,”朱诺号项目主管黛安·布朗(Diane Brown)在本月的一场新闻发布会上表示。 朱诺号将成为十多年来第一个进入木星轨道的航天器。NASA此前的探测器“伽利略号”(Galileo)在那边逗留了八年,发回了一些令人惊叹的关于木星及其诸多卫星的图片。它发现在其卫星欧罗巴(Europa)的冰壳下,有着大片的海洋,目前,那里被视为太阳系中除地球之外最有可能发现生命的地方之一。 这一次的重点将是木星本身,尤其是它那多彩的云纹下人们无法看到的东西。 朱诺号探测器在6月21捕获的木星及其若干卫星的影像。木星是画面右侧的黄色星球。 NASA “朱诺号的一个主要目标是研究组成太阳系的基本元素,”耗资11亿美元的朱诺号项目的首席研究员、圣安东尼奥西南研究所(Southwest Research Institute)的科学家斯科特·博尔顿(Scott Bolton)说。“太阳系是由什么组成的?太阳系内的行星又是由什么组成的?” 木星是“气态巨行星”中的巨人,其质量比第二大的土星大出两倍多。但它绝不仅仅是一个由氢和氦组成的平淡星球。 尤其让科学家感兴趣的是少量的锂、碳、氮等较重元素。 “与太阳相比,这些元素让木星的成分相当丰富,”博尔顿说。“我们目前并不确切地知道这是怎么回事。但我们知道这非常重要。其原因是,在木星上有着更多的构成我们所有人的元素,是地球的构成元素,它们带来了生命。” 2010年,处于组装和测试阶段的朱诺号。 Patrick H. Corkery/Lockheed Martin 下周一,当朱诺号的主发动机启动时,在加州帕萨迪纳市的NASA喷气推进实验室(Jet Propulsion Laboratory)里,将没有什么好控制的,那里的每一个人都只能等待和观望。 即便出了任何岔子,也没有谁能够介入。无线电信号要用48分钟时间才能从木星抵达地球。等到工程师收到发动机开始启动的消息时,发动机应该已经熄火了,而朱诺号应该也应进入轨道。 如果发动机过早熄火,朱诺号或许仍将进入轨道,只不过是错误的轨道。如果发动机出现异常,“我们也就没什么可激动的了,”尼巴肯说。 “我们并未过多地研究那样一来结局如何,因为我们专注于如何取得成功,而非如何应对失败。” 换句话说,朱诺号将迅速掠过木星,进入一个环绕太阳的无用轨道。 耗资11亿美元的朱诺号项目的首席研究员斯科特·博尔顿,手持以太阳能为动力的探测器的模型。 SwRI 周一整晚,任务控制组只会收到一系列的无线电“声音信号”——以不同频率发出的持续三秒的信号——告知太空船正在执行的一系列任务。为了把发动机对准正确的方向,主天线不会对准地球,从而无法传输更精细的数据。“朱诺号”也不会从相关仪器上发回任何照片或数据。仪器在太空船抵达目的地的五天前,即周三被关闭,直到它到达两天后才会再次打开。 在20个月时间里,“朱诺号”将沿高椭圆轨道绕木星的南北两极运行37圈。 “朱诺号”与木星的距离最远时将达到大约200万英里。每一圈,“朱诺号”都会向内加速,穿过离木星云层顶端3100英里以内的范围。木星引力的微弱波动可用“朱诺号”发出的无线电信号的频率变化来测量。它们将表明这颗行星内部的密度,以及里面是否存在一个岩石内核。木星内核的压强可能会达到五亿磅每平方英寸。 “我们其实并不知道木星中心是否有一个核,”博尔顿说。“如果有,它会让我们在一定程度上知道木星一定是在何时以何种方式形成的,对地点也会有一些提示。” 朱诺号上的三个乐高人偶,左起:罗马天神朱庇特(Jupiter);朱庇特的妻子和妹妹朱诺;伽利略·伽利雷(Galileo Galilei)。 NASA/JPL-Caltech/KSC “朱诺号”携带的科学仪器中,有一台用来测量木星强大的磁场的仪器,还有一部红外摄像机,用来观察木星两极周围的极光。在深处,不断增加的压力会把氢气从气体变成液体。更深处,氢气受到严重挤压,导致电子溢出,氢气变成金属。可能正是液态金属氢的翻滚产生了磁场。 运行头两圈期间,工程师会检查太空船和仪器是否正常工作。之后,“朱诺号”的发动机将再次点火,以便进入轨道进行科学测量。 尽管在外形上有很大的不同,但“朱诺号”的大量电子器件和程序都是基于火星勘测轨道飞行器(Mars Reconnaissance Orbiter)的设计。后者是早前的一款太空飞行器,同样由洛克希德·马丁公司建造。“只是采用了不同的配置形式,”该公司负责星际任务的总监盖伊·博伊特尔席斯(Guy Beutelschies)接受采访时说。 洛克希德·马丁公司没有开发可在木星的强辐射中工作的电子电路,而是使用了和火星勘测轨道飞行器一样的电路系统。不过,他们把电路系统放进了一个可承受400磅重量的钛保护箱里,箱体边长约一码,壁厚半英寸。 不同于早前探索外太阳系的任务,“朱诺号”的动力来自太阳光,而非钚。飞行器上有三块30英尺长的太阳能电池板,上面总计有18698块太阳能电池。它们将微弱的太阳光收集在一起,产生大约500瓦电能。 即便一切都比计划的更顺利,此次任务持续的时间也不会超出原计划的20个月太久。尽管有钛做的盔甲,“我们知道辐射会要了我们的命,”博伊特尔席斯说。 “朱诺号”预计会受到的辐射,相当于照超过一亿次口腔X光。