成功進(jìn)入軌道,詳解NASA木星探測(cè)器朱諾號(hào)星際之旅

鎂客 9年前 (2016-07-05)

歷經(jīng)近5年時(shí)間,18億英里的航行,朱諾號(hào) (Juno) 探測(cè)器終于在北京時(shí)間今天順利接入木星極地軌道,開啟了探索木星和太陽系形成之謎的旅程。

歷經(jīng)近5年時(shí)間,18億英里的航行,朱諾號(hào) (Juno) 探測(cè)器終于在北京時(shí)間今天中午11點(diǎn)18分 (美東時(shí)間7月4日23點(diǎn)18分) 成功啟動(dòng)主引擎,經(jīng)過35分鐘的減速,于11點(diǎn)53分順利接入木星極地軌道,開啟了探索木星和太陽系形成之謎的旅程。

成功進(jìn)入軌道,詳解NASA木星探測(cè)器朱諾號(hào)星際之旅

NASA最新進(jìn)展

北京時(shí)間今天中午,NASA主控室中的科學(xué)家們顯得尤為緊張。11點(diǎn)18分,工作人員在實(shí)時(shí)報(bào)告中平靜地介紹:“......意味著主引擎已經(jīng)啟動(dòng)。” 全場隨之響起了一陣掌聲。而后,所有人要做的就是靜候35分鐘,等待朱諾號(hào)最終接入木星軌道,在場人員依然神色拘謹(jǐn)。屆時(shí),朱諾號(hào)飛行速度將降至540米/秒。

成功進(jìn)入軌道,詳解NASA木星探測(cè)器朱諾號(hào)星際之旅

北京時(shí)間11點(diǎn)53分,朱諾號(hào)成功接入木星軌道,主控室中的氣氛終于放松下來,大家擁抱慶祝,NASA科學(xué)任務(wù)委員會(huì)副主管Geoffrey Yoder也第一時(shí)間接受媒體采訪。

成功進(jìn)入軌道,詳解NASA木星探測(cè)器朱諾號(hào)星際之旅

在幾天前,朱諾號(hào)就已經(jīng)關(guān)閉了攝像頭等設(shè)備,以保證安全地渡過木星軌道接入過程。也就是說,隨后這些天我們也不會(huì)得到任何圖像資料,朱諾號(hào)此后第一次記錄影像,將在2016年8月27日。不過,NASA已經(jīng)提早為我們準(zhǔn)備好了模擬軟件NASA's Eyes,我們完全可以親自操作,和朱諾號(hào)探測(cè)器一起飛掠木星。

成功進(jìn)入軌道,詳解NASA木星探測(cè)器朱諾號(hào)星際之旅

成功進(jìn)入軌道,詳解NASA木星探測(cè)器朱諾號(hào)星際之旅

NASA's Eyes 軟件截圖

朱諾號(hào)介紹

朱諾號(hào)由美國洛克希德·馬丁公司建造,宇航局下屬噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)整個(gè)探測(cè)任務(wù)的運(yùn)行。它是美國宇航局“新視野”計(jì)劃實(shí)施的第二個(gè)探測(cè)項(xiàng)目。

朱諾號(hào)探測(cè)器攜帶著3塊太陽能板,每塊寬2.7米,長10米,大小相當(dāng)于拖拉機(jī)的拖車。升空后一個(gè)小時(shí)內(nèi),3塊太陽能板將慢慢展開,這讓“朱諾”號(hào)看起來像一臺(tái)巨型的風(fēng)車,媒體形象地把這3塊太陽能板稱為“太陽能翅膀”。2017年4月,也就是環(huán)繞木星軌道飛行9個(gè)月后,朱諾號(hào)將超過歐洲航天局的“羅塞塔”號(hào)彗星探測(cè)器,成為單純依靠太陽能動(dòng)力飛行里程最長的航天器。

朱諾號(hào)太陽能板可提供14千瓦的電力,但進(jìn)入木星軌道后,提供的電力僅為400瓦,只能點(diǎn)亮少量電燈泡。因此,朱諾號(hào)上的科學(xué)儀器和機(jī)載計(jì)算機(jī)均高度節(jié)能,同時(shí)研究團(tuán)隊(duì)還為朱諾號(hào)精心設(shè)計(jì)了環(huán)繞木星運(yùn)行的軌道,使其盡可能多地接收陽光。

成功進(jìn)入軌道,詳解NASA木星探測(cè)器朱諾號(hào)星際之旅

朱諾號(hào)內(nèi)核是RAD750抗輻射處理器。它能承受100萬倍于足以致人死地的輻射劑量,在木星周圍的狂暴環(huán)境中,預(yù)計(jì)15年才會(huì)出現(xiàn)一次“藍(lán)屏”;外表則是1厘米厚的金屬鈦殼,總重180千克。絕大部分科學(xué)儀器都在鈦殼的保護(hù)下,使其遭受的輻射強(qiáng)度減弱800倍,至電子器件可承受水平以下;它的姿態(tài)保持,沒有采用成熟的反應(yīng)輪方案,而是采用略顯復(fù)古的自旋穩(wěn)定方案,以節(jié)省反應(yīng)輪所占用的發(fā)射質(zhì)量,為更厚實(shí)的鈦殼、更多的科學(xué)儀器和更充沛的推進(jìn)劑讓出空間。

朱諾號(hào)探測(cè)歷程

朱諾號(hào)花費(fèi)約5年的時(shí)間巡航到木星,并在美東時(shí)間2016年7月4日抵達(dá)。這艘探測(cè)器旅行的總距離大約28億公里(17億4,000萬英里,18.7AU),并以一個(gè)地球年的時(shí)間環(huán)繞木星33圈。朱諾號(hào)的航程在2011年8月5日發(fā)射后約兩年(2013年10月12日),借由地球的重力助推提升速度。

在飛掠過地球之后不久,朱諾號(hào)就進(jìn)入安全模式。盡管如此,它依然在與木星會(huì)合的路徑上前進(jìn)。在2016年8月,探測(cè)器將執(zhí)行點(diǎn)火以減速的軌道,直到慢到足以進(jìn)入以14天繞極的軌道。一旦朱諾號(hào)進(jìn)入它的軌道,紅外線和微波的儀器將開始測(cè)量來自木星大氣層內(nèi)深處發(fā)射出的熱輻射。通過這些觀測(cè)將可以評(píng)估水的豐度和分布,對(duì)氧的成分也是一樣。通過填埔木星成分缺失的這一塊拼圖,相關(guān)的資料還可以提供深入了解木星的起源。朱諾號(hào)也將研究驅(qū)動(dòng)木星大氣環(huán)流的對(duì)流和模式。朱諾號(hào)的其他儀器收集有關(guān)其重力場、極性和磁層的資料。朱諾號(hào)的任務(wù)預(yù)計(jì)在2017年10月,完成繞行木星33周后結(jié)束。朱諾號(hào)將脫離軌道,沖入木星的外層大氣層,焚毀后結(jié)束,以避免任何影響木星衛(wèi)星的可能性。

2016年6月11日,朱諾號(hào)開始全天候從地球收發(fā)數(shù)據(jù);6月20日,用于保護(hù)主引擎免受微小隕石和星際塵埃損壞的防護(hù)罩開啟;6月28日,朱諾號(hào)推進(jìn)系統(tǒng)將開始增壓,做最后準(zhǔn)備;7月4日,朱諾號(hào)將關(guān)閉與進(jìn)入軌道無關(guān)的所有設(shè)備,打開推進(jìn)器,進(jìn)入木星軌道。

今年6月24日,當(dāng)朱諾號(hào)在6月24日首次穿越的時(shí)候在磁層外經(jīng)歷了一次弓形激波,而由此產(chǎn)生的聲音也被錄制了下來。

成功進(jìn)入軌道,詳解NASA木星探測(cè)器朱諾號(hào)星際之旅

朱諾號(hào)進(jìn)入木星磁層前后,環(huán)境電子密度驟降。但隨著朱諾號(hào)接近木星,示蹤電子密度的等離子體振蕩頻率還將提升3個(gè)數(shù)量級(jí)。

也許是朱諾號(hào)的鋪墊,近日NASA也公布了哈勃太空望遠(yuǎn)鏡新拍的木星極光照片。木星極地上空的藍(lán)光如跳舞般躍動(dòng)。被拍攝到的極光是通過遠(yuǎn)紫外光,在一系列木星觀測(cè)下所拍得。

NASA表示,木星極光范圍比整個(gè)地球還大。與地球極光不同的是,木星極光從不消失。NASA說,它們很巨大,“比地球上的極光活躍好幾百倍。” 極光觀測(cè)結(jié)果獲得朱諾號(hào)測(cè)量數(shù)據(jù)支持。

這幾乎像是木星在為朱諾號(hào)即將到來舉辦的煙火派對(duì)。

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朱諾號(hào)科學(xué)目標(biāo)

確定氫氧比例,有效的測(cè)量木星上水的豐度,這將有助于確定現(xiàn)行理論中有關(guān)氣體巨星的木星是在太陽系的何處形成。

獲得更好的木星核心質(zhì)量評(píng)估,也將有助于理清氣體巨星于太陽系何處形成的現(xiàn)行理論。

精確的繪制木星引力場圖,以確定木星內(nèi)部的質(zhì)量分布,包括其結(jié)構(gòu)和動(dòng)態(tài)等屬性。

精確測(cè)繪木星的磁場,評(píng)估其起源和結(jié)構(gòu)場,以及在木星的多深處創(chuàng)造出磁場。這個(gè)實(shí)驗(yàn)也將有助于科學(xué)家了解基本物理學(xué)的發(fā)電機(jī)原理。

測(cè)繪大氣成分、溫度、結(jié)構(gòu)、云的不透明度和動(dòng)力學(xué)變化,在所有的緯度上達(dá)到壓力超過100帕(10MPa;1,450磅/平方英寸)。

探索木星極地的磁層和極光的三維結(jié)構(gòu)和特征。

測(cè)量由木星的角動(dòng)量造成的參考系拖曳,也稱為冷澤-提爾苓進(jìn)動(dòng),和可能的廣義相對(duì)論效應(yīng)與木星自轉(zhuǎn)連接的一個(gè)新測(cè)試。

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