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星辰大海之旅(47)朱诺号木星探测器


“朱诺”号卫星拍摄到的木星南极的图像


一、新疆界计划

新疆界计划(New Frontiers Program)是美国国家航空航天局(NASA)的中等规模太阳系探测计划。新疆界计划允许使用放射性同位素动力系统。

项目一:新地平线号探测器(New Horizons),于2006年4月发射。用于探测冥王星和柯伊伯带。已经于北京时间2015年7月14日19时49分飞掠冥王星。预计花费约6.5亿美元。

项目二:朱诺号探测器(Juno),计划于2011年8月发射。用于探测木星的组成成分,重力场和磁场等。预计花费约7亿美元。

项目三:美国国家航空航天局(NASA)的“新疆界”计划向全球科学家征求低成本的太阳系探索方案 。决选名单从八项提案中选出。第一项是利用探测器和登陆艇搜集金星大气层与地表的资料,以了解为何金星与地球大小相当又是近邻,却如此不同。第二项是运送登陆艇到月球南极采集岩石样本,进一步了解地球与月球的演变。第三项则是从小行星采集近56克物质,带回地球进行检测。NASA于2011年5月25日宣布选择OSIRIS-REx 探测器为第三个新疆界项目,该探测器将拜访近地小行星1999 RQ36,采集样本并返回地球。此项目将有助于人类了解太阳系的形成和生命的起源,预计花费8亿美元。


“朱诺”号卫星拍摄到的一组木星南极的图像


二、朱诺号木星探测器Juno

是美国宇航局“新疆界计划”实施的第二个探测项目(第一个项目是已于2006年发射的新地平线号探测器),耗资11亿美元。“朱诺”由美国洛克希德·马丁公司建造,宇航局下属喷气推进实验室负责整个探测任务的运行。

发射日期:2011年8月5日。 入轨时间:2016年8月。

制造商:洛克希德·马丁公司。 探测对象:木星。

北京时间2016年7月5日中午,美国宇航局召开新闻发布会,宣布已在太空飞行4年11个月的“朱诺”号成功进入木星轨道,这是自2003年“伽利略”号结束木星探测任务以后,13年来首颗绕木星工作的探测器。


“朱诺号”捕捉到木星卫星火山喷发


1、科学目标

确定氢氧比例,有效的测量气体巨星木星上水的丰度;获得更好的木星核心质量评估;精确的绘制木星引力场图,以确定木星内部的质量分布;精确测绘木星的磁场;测绘大气成分、温度、结构、云的不透明度和动力学变化;探索木星极地的磁层和极光的三维结构和特征;测量由木星的角动量造成的参考系拖曳。

2、探测历程

朱诺号木星探测器总巡航距离超过7亿1600万公里,速度将超过约264000km/h。在一个地球年的时间里,它会环绕木星33次。2011年8月5日升空之后,朱诺号的巡航路线会先从地球进行重力助推,在两年后(2013年10月)再会合地球。

2011年8月5日12时25分,朱诺号木星探测器从美国佛罗里达州卡纳维拉尔角点火升空,开始踏上远征木星之旅。地球和木星必须处于适当的位置,这样才能使“朱诺”到达目的地。

探测器将于2013年10月利用地球引力飞往木星,预计2016年到达木星轨道。任务计划于2017年10月结束。

探测木星期间,探测器将在那里遭受到强烈宇宙射线的照射,强度超过太阳系内除了太阳以外任何有探测器造访过的地方。


“朱诺号”捕捉到木星卫星火山喷发2


2015年7月,美国宇航局发布了一则消息,已经在行星际空间中飞行四年的“朱诺”号探测器预计在2016年7月4日抵达木星。

2016年1月13日下午2点(北京时间1月14日凌晨3点),美国朱诺号打破依靠太阳能提供能源的探测器最远航行记录,当时它距离太阳约7.93亿千米,相比较地球到太阳的距离只有约1.5亿千米。

美国国家航空航天局(NASA)发布消息称,朱诺号木星探测器将于美国东部时间2016年7月4日晚进入木星轨道,结束其将近5年的长途旅行

北京时间2016年7月5日,美国宇航局“朱诺”号探测器成功进入环绕木星轨道,将展开探寻木星起源的任务。 “朱诺”号将环绕木星运行20个月。另外,“朱诺”号还会观察木星表面著名的大红斑,一个持续了数百年的风暴,从而揭示其深层的秘密。

北京时间8月27日20时51分,美国“朱诺”号探测器到达木星云层上方4200公里处近木点,以20.8万公里/小时的绕行速度,捕获有史以来分辨率最高的木星巨型云层图像

朱诺号每53天环绕木星一圈。由于发动机阀门出现了问题,朱诺号团队将推迟发动机点火直到这个问题被修复。 同日因软件性能问题引起计算机重启,导致探测器进入到保护性“安全模式”。经任务团队会诊修复, “朱诺”号恢复了工作。

2016年10月,抵达木星轨道的朱诺号探测器准备向低轨道机动时出现了故障。

2017年2月2日,美国宇航局“朱诺号”探测器第四次成功飞越木星。探测器达到近木星点最近距离,距离木星顶端云层大约4300公里。

2017年2月21日,美国国家航空航天局(NASA)宣布放弃人类里程碑式的木星探测器——“朱诺”号。


“朱诺号”捕捉到木星卫星火山喷发3


2、未解之谜

由于朱诺采用的是大椭圆轨道,在其运行时有时候会距离木星很远,有时候则会很近,因此绝大部分的科学探测任务将在轨道上最接近木星的大约3个小时内进行,当然在轨道上其他位置时也会进行校准、一些远距离观测以及磁场探测等科学探测工作。

早在1989年,美国已经发射过一枚“伽利略”号探测器,它在1995年抵达木星,开始围绕木星旋转。为了研究木星大气构成,“伽利略”号探测器还向木星释放了一颗大气探测器。这颗探测器“命运悲惨”,在进入木星大气一小时后,就在与木星大气剧烈的摩擦和强大的压强下被摧毁了,科学家预测它可能直接被融化甚至蒸发,彻底消失在木星大气中。这也将是“朱诺”号最终的命运。


“朱诺号”探测器探测到了木星卫星上的活火山


虽然人类之前已经发射过“伽利略”号探测器对木星进行过近距离观测,但是木星仍有磁场、大红斑、核心成分等未解之谜。“朱诺”号此次将携带磁强计、微波辐射计、高能粒子探测器等科学设备对木星进行观测研究。

最后,木星拥有67颗卫星,数量在8大行星中居首。其中木卫二表面存在水,这令科学家怀疑木卫二上是否有原始生命形态存在。

朱诺号就将被木星的引力俘获,成为一颗极地轨道卫星。在为期大约一年的探测后,朱诺号将坠入木星大气,完成自己的使命。之所以选择这样的宿命,是因为科学家担心朱诺号可能污染存在原始生命的卫星。

数百年来人们一直在尝试对这颗星球进行研究,但关于这颗气态巨行星,我们仍然有很多基本的问题有待解答。

巨大星球厚厚的云层和剧烈的风暴下方,依旧隐藏着许许多多有关这颗巨大行星的身世,以及整个太阳系形成历史的未解之谜,这些让人类困惑的问题,朱诺将一一讲给我们。


木星


3、最新信息

美国宇航局公布木星北极与其南部极光的第一批珍贵高清照片。这是人类有史以来看到的最清晰的木星特写照,由木星探测器“朱诺号”首次从最近距离飞掠木星时拍摄。 “朱诺”号有望揭开木星神秘面纱。

2016年7月5日,美国“朱诺”号探测器成功进入木星轨道,成为迄今人类距离木星最近的航天器。在它之前,“先驱者10”号、“先驱者11”号、“尤利西斯”号、“伽利略”号等8个探测器都曾造访木星。在未来20个月的时间里,“朱诺”号将围绕木星飞行37圈,用搭载的9台科学载荷仪器对木星进行探测。

“通过‘朱诺’,可以调查木星巨大的辐射带,深入了解行星的内部,还可以了解木星如何诞生,以及整个太阳系是如何演化的。重力探测器将帮助科学家探查木星的内部结构;磁强计能绘制出木星磁场详细的立体结构图,探寻木星时速高达618公里大风的肆虐之源;微波辐射计能穿透木星的云层,深入其内部,分析木星气体的成分和运动情况。

科学家们相信,“朱诺”号收集到的数据可能会使人们对木星、对太阳、对生命本身的理解等产生飞跃性的变化。中国科学院国家天文台的行星科学专家郑永春还很关注项目的工程难度。对于“朱诺”号来说,去一趟木星并不容易。先要克服地球重力,飞离地球后还得克服太阳引力。靠近木星后,需要通过点燃主发动机进而被木星引力捕获减速,才能进入木星轨道。在绕着木星飞行时,必须小心避免木星周围的强辐射和碎片区。在太空飞行59个月,跨越了27亿公里后,“朱诺”号成功进入木星轨道。为了确保“朱诺”号能顺利进入木星轨道,美国国家航空航天局提前关闭与进入轨道无关的所有设备,并让探测器执行了35分钟的入轨动作。为了应对木星周围恶劣的辐射环境,科学家为“朱诺”号量身打造了一个重达180公斤的“钛装甲护盾”,还对探测器上的处理器和电路经过特殊的防辐射处理,并使探测器环绕木星的轨道以避开辐射强度最大的区域。按照计划,探测任务将于2018年2月20日结束,届时“朱诺”号将受控冲入木星外层大气焚毁,以免有毒燃料污染可能存在原始生命的木星卫星。如何在设备逐渐老化的严酷环境中完成预定任务,也是工程上的巨大挑战 。

4、研究成果

木星上有各种深色的条带,它们实际上是大气内的云层。由于可见光无法穿透这些云层,我们之前没法弄清楚在云层下方发生了什么。然而朱诺号携带了多种微波设备,能够分别探查云内不同高度层面上的情况。基于微波数据,艺术家做出了想象图,为我们揭露了云层的一个鲜明的特征:有些条纹直到云层深处依然可见


12月16日在木星周围完成了第十次高速行程


12月16日在木星周围完成了第十次高速行程


12月16日在木星周围完成了第十次高速行程


12月16日在木星周围完成了第十次高速行程


12月16日在木星周围完成了第十次高速行程


2017年12月分享了这张色彩增强的图


照片也拍摄于2017年10月24日


朱诺号2017年10月24日拍摄的


朱诺号的木星极光红外成像仪(JIRAM)拍摄的木星极地区域诡异的气旋


朱诺号的木星极光红外成像仪(JIRAM)拍摄的木星极地区域诡异的气旋


朱诺号飞船12次飞越木星


朱诺号飞船12次飞越木星


朱诺号飞船12次飞越木星


朱诺号飞船12次飞越木星


朱诺号在太平洋时间12月16号上午9点43分从距离木星云顶上方13345公里处拍下这张照片


2019-1-23整理

2020/3/3修改

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