美太空船朱诺号飞向木星

○王贞虎

美太空船朱诺号飞向木星

○王贞虎

2016年7月4日，美国航空暨太空总署（NASA）迎来了兴奋的一刻。花费11亿美元的木星计划进入了紧锣密鼓的时段。2011年8月5日发射，由喷射推进实验室（Jet Propulsion Lab，简称JPL）主导的朱诺号（Juno）太空船，经过了漫长的5年、17.4亿万哩的飞行，终于飞抵木星边缘。在国庆日当晚，朱诺号进行了35分钟的主要引擎燃烧。利用引擎燃烧的动力，指令朱诺号减速，再借助木星的引力，使朱诺号太空船成功地进入木星的轨道。

进入木星轨道后，朱诺号将展开为期约18个月的科学研究，深入探索木星的构成和演化过程。这个研究不仅能帮助人类更加了解太阳系的历史，还能帮助人类全新演绎整个行星系统在银河系中的形成和演变。

太空船靠近，解惑木星

在古罗马神话中，Juno是个女神，也是万神之王Jupiter的妻子。木星的英文名字即是Jupiter，因为木星是所有行星中最大最重的。在神话中，Jupiter拉起一层云层幕，把自己藏在幕后，只有妻子Juno能够穿透云幕，揭露Jupiter的真面目。这也是NASA对朱诺号太空船探访木星的期许。

所有遥控朱诺号的指令都已经精心策划，准备完善。每一个指令需要48分钟又19秒才能抵达几亿米远的朱诺号。朱诺号太空船将围绕着木星，利用太空船上的九个科学仪器，透过浓厚的云层，近距离地探测木星，并千里迢迢地送回宝贵的数据和影像，帮助地球上的我们更深入地了解木星，这个比地球重达300倍的行星。

朱诺号是第一个即将近距离、完整地探测木星的太空船。在朱诺号以前，有八个NASA的太空船都曾经飞越过木星。在1995年，NASA太空船伽利略号也曾环绕着木星长达八年。伽利略号的探测器进入木星的大气层，其所传回的资料推翻了原先科学家所认为的有关木星合成的理论。

探索木星结构意义重大

这些问题一直困惑着科学家：木星是如何形成的？木星上有多少水和氧气？木星的内部构造是什么？木星的旋转是否像是一个固体在转？木星内部有一个实心芯吗？木星的巨大磁场是如何产生的？木星的大气层和内部的动态有何关系？木星的极光是何种物理现象？木星的极点是什么样子？

科学家相信，在太阳系内，除了太阳之外，木星是行星中最早形成的。了解最大且最重的木星如何形成等问题，将有助于我们了解太阳系的起源和地球的形成，甚至于生命形成的基本依据。

比起地球的仅有一个卫星（月亮），木星总共有67个卫星。数目如此之多，导致网络上流传着一个笑话：NASA特地派了Jupiter的老婆Juno前往木星，好监督Jupiter与它的一大群小老婆。

木星看起来像是一个巨大的气体团。它的快速自转（每10小时转一次）造成了强大的气流，将云层涂抹成环绕木星的带子。木星有浓厚的云层，朱诺号将穿透云层去了解木星的大气层，判定其中的水量和氨气量，它们的浓度将揭露木星原始的合成体。木星的主要合成物是氢气和氦气。在木星内部，氢气被压缩成液体，并且可以传导电力。科学家相信，木星的快速旋转造成木星的强烈磁场（约为地球磁场的两万倍）和全太阳系内最强的极光。在木星中央，巨大的压力也许可能使得木星的中心有一个很硬的比地球还大的芯心。

木星计划为系统工程

2007年10月，NASA和JPL遴选了位于科罗拉多州的洛基马丁负责建造太空船主体，整合所有组件和完成所有发射前的准备工作。

根据木星的科学研究目标，来自各方的科学家共制造了九个科学仪器和系统。设计好的仪器都先经过仔细的测试，然后送往洛基马丁。犹如玩拼图游戏一样，所有太空船的必需组件终于兜在一起。整合后的太空船，再次经过长达一年四个月各式各样精准的测试。除了验证硬件，太空船的软件也必须准确无误。太空船的软件，犹如人们的大脑，指挥着所有组件，掌控着各部分的情况，并且下指令把资料和影像传回地球。

等到把测试时的许多问题都一一解决，朱诺号太空船终于做好准备出发了。在2011年8月，从佛罗里达州的卡纳维拉尔角顺利发射成功，踏上了飞往木星的旅程。

地球距离木星，最近时约为3.65亿米，最远时约为6.1亿米。除了距离远，太空船所倚赖的太阳能电源也颇费周折。木星距离太阳是地球距离太阳的五倍。因此抵达木星的太阳光只有抵达地球的二十五分之一。

在朱诺号之前，飞这么远的八个太空船都使用了核子动力源。核子动力在发射时的安全隐患和可能对外太空的污染，都是一个很大的隐忧。因此朱诺号选择了完全依靠太阳能来发电。这是一个极大的挑战。朱诺号装备了三个九米长的太阳能板（共有18698个电池），像是三个极长的翅膀均匀地从太空船的主体往外伸展。

为了有效地运用能源，朱诺号的飞行轨道也经过了JPL轨道专家特殊的设计。首先是飞往木星的轨道。发射26个月后，朱诺号又飞经地球，借由地心引力的帮忙来增加飞行速度。其次，借由朱诺号的转动，太空船绕木星的椭圆形轨道也使得它的太阳能板能够一直沉浸在太阳光下。

首次挑战高强度辐射

在历次的太空探险中，朱诺号是第一个挑战如此严峻的高辐射环境的太空船，也是第一个飞得最靠近木星的太空船。最近的距离只离木星云层3100米。这个近距离能使朱诺号的仪器收集到必要的宝贵资料。木星所放射的辐射，是所有行星中最强烈的。近距离更大大地增加了朱诺号被辐射损坏的危险。为了防止辐射损害太空船，朱诺号设计了最强的“盔甲”。在发射时，太空船的重量即为3513磅。

收集木星资料时，朱诺号将围绕木星转33次，每次约14天，且都会很靠近极点。朱诺号是第一个将收集极点附近的磁场和极光资料的太空船。每一次环绕会涵盖木星的不同部位。33次之后，朱诺号将可以一窥木星的全貌。虽然朱诺号会避开木星辐射最强的地区，但是朱诺号承受的总辐射仍相当于牙医师所用的X光照射的一亿倍。朱诺号的盔甲将保护太空船只承受八百分之一的辐射。否则，太空船主体和仪器将早就被破坏殆尽，无法完成任务。

目前，朱诺号已经进入木星的轨道，开启了观测木星的第一步。朱诺计划专案组中10名研究人员，有7人都是华裔科学家。让我们拭目以待科学家们的大发现吧。