重點(diǎn)研究木星磁場 “朱諾”號(hào)探測器即將發(fā)射

哪怕最細(xì)微的偏差也會(huì)影響磁場的丈量結(jié)果。朱諾 ” 號(hào)的磁力計(jì)擁有極高的精確度，恒星照相機(jī)小組負(fù)責(zé)人、丹麥技術(shù)大學(xué)的約翰 · 喬根森表示：確定方位時(shí)。局部原因就在于這種精確傳感器方位的能力。這種能力與儀器本身的設(shè)計(jì)和校準(zhǔn)同樣重要。康納尼表示：朱諾 ’ 號(hào)的丈量精確性極高，足以探測木星磁場的緩慢時(shí)間變化。如果木星發(fā)生這種變化，丈量將允許我第一次了解這顆行星的發(fā)電機(jī)如何工作。這種了解同樣有助于我加深對(duì)太陽系以及系外其他行星發(fā)電機(jī)的認(rèn)知。

展現(xiàn)了繞木星軌道運(yùn)行的朱諾 ” 號(hào)探測器。木星可能是太陽系內(nèi)研究行星磁場如何發(fā)生的最理想之所。發(fā)射之后，一幅藝術(shù)概念圖。朱諾 ” 號(hào)將踏上長達(dá) 5 年，全程 4 億英里的旅程，奔赴木星，而后繞木星軌道運(yùn)行 1 年多時(shí)間，收集木星數(shù)據(jù)。

木星就像是一輛終極 “ 肌肉型 ” 汽車，據(jù)美國宇航局官方網(wǎng)站報(bào)道。借助于引擎罩下的一臺(tái)怪物級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī) — 發(fā)電機(jī)，得以擁有異常強(qiáng)大的磁場，位居太陽系所有行星之首。解這臺(tái)強(qiáng)大的發(fā)動(dòng)機(jī)如何運(yùn)轉(zhuǎn)是美國宇航局 “ 朱諾 ” 號(hào)任務(wù)的主要目標(biāo)之一。這顆探測器預(yù)計(jì)于 8 月發(fā)射升空，開始長達(dá) 5 年，全程 4 億英里（約合 6.4 億公里）太空之旅，奔赴木星。

研究磁場是重點(diǎn)

借助 8 個(gè)儀器設(shè)備研究其起源和演化。這些儀器可以探測木星內(nèi)部結(jié)構(gòu)和引力場，朱諾 ” 號(hào)探測器將繞木星飛行大約 1 年時(shí)間。丈量大氣層中的水和氨，對(duì)強(qiáng)大的磁場進(jìn)行測繪同時(shí)觀測其強(qiáng)烈的極光。磁場研究工作由兩臺(tái)磁力計(jì)負(fù)責(zé)，宇航局位于馬里蘭州格林貝爾特的戈達(dá)德太空飛行中心設(shè)計(jì)制造，用于丈量磁場強(qiáng)度和方向，精確度逾越此前的裝置，將第一次揭示高解析度的木星磁場。

康納尼正與任務(wù)負(fù)責(zé)人斯科特 · 博爾頓通力合作。說：此前的探測器環(huán)繞木星衛(wèi)星飛行，朱諾 ” 號(hào)項(xiàng)目副負(fù)責(zé)人、磁力計(jì)小組負(fù)責(zé)人、戈達(dá)德太空飛行中心的杰克 · 康納尼表示：上世紀(jì) 70 年代初的先驅(qū)者 10 號(hào)和 11 號(hào)以及 70 年代晚期的旅行者 1 號(hào)和 2 號(hào)都曾收集木星磁場的重要信息。德克薩斯州圣安東尼奧的西南研究院。朱諾 ’ 號(hào)將繞木星極地軌道運(yùn)行，歷史上的第一次木星磁場測繪任務(wù)。

對(duì)磁場進(jìn)行測繪便是其中之一。木星的大氣層受到強(qiáng)大引力場的擠壓，朱諾 ” 號(hào)項(xiàng)目科學(xué)家、宇航局位于加州帕薩迪納的噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的史蒂文 · 萊文表示：解木星內(nèi)部深處結(jié)構(gòu)的方式并不多。絕大多數(shù)靈敏設(shè)備都無法穿過。萊文說：木星可能是太陽系內(nèi)研究行星磁場如何發(fā)生的最理想之所。噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)管理 “ 朱諾 ” 號(hào)任務(wù)。

推斷木星內(nèi)部結(jié)構(gòu)

其磁場強(qiáng)度位居太陽系所有行星之首。由于木星是一顆氣態(tài)巨行星，木星是一顆大質(zhì)量行星。朱諾 ” 號(hào)能夠清晰地對(duì)其發(fā)電機(jī)進(jìn)行觀測。地球發(fā)電機(jī)局部隱藏在一層磁化地殼巖下方，埋藏深度極深，距離地核只有大約一半距離，相比之下，木星發(fā)電機(jī)更靠近地表。康納尼說：朱諾 ’ 號(hào)探測器將多次飛躍木星外表，進(jìn)一步靠近發(fā)電機(jī)。朱諾 ’ 號(hào)與木星發(fā)電機(jī)之間的距離低于任何探測器與太陽系內(nèi)任何行星發(fā)電機(jī)之間的距離。這是一項(xiàng)令人興奮的任務(wù)，將提高我解木星活動(dòng)的能力。

木星發(fā)電機(jī)則發(fā)生于氫中，地球發(fā)電機(jī)發(fā)生于外核的液態(tài)鐵中。氫構(gòu)成了木星的大約 90% 一些氫以一種特定的氣態(tài)存在足夠的壓力下，這種氣體能夠?qū)㈦娮訑D出分子，因此具有導(dǎo)電性。距離核心越近，氫氣受到壓力越大，進(jìn)而變成液態(tài)，也就是金屬氫。木星磁場的源泉到底是金屬氫還是導(dǎo)電性氣態(tài)氫現(xiàn)在仍舊是一個(gè)未知數(shù)，有待 “ 朱諾 ” 號(hào)尋找答案。

獲取解析度遠(yuǎn)超過此前的圖像。同樣希望根據(jù)磁場結(jié)構(gòu)推斷木星內(nèi)部結(jié)構(gòu)，朱諾 ” 號(hào)項(xiàng)目聯(lián)合負(fù)責(zé)人、馬薩諸塞州劍橋市哈佛大學(xué)的杰里米 · 布洛克斯哈姆表示：希望能夠在朱諾 ’ 號(hào)的協(xié)助下詳細(xì)了解木星的磁場結(jié)構(gòu)。尤其是要確定木星內(nèi)核的半徑。

朱諾 ” 號(hào)將成為最接近木星的探測器

與木星之間的距離小于此前的任何探測器，朱諾 ” 號(hào)將沿著橢圓形軌道運(yùn)行。同時(shí)進(jìn)一步遠(yuǎn)離木衛(wèi)四 “ 卡利斯托 ” 朱諾 ” 號(hào)并不繞赤道飛行，而是成為第一顆繞木星極地軌道運(yùn)行的探測器，進(jìn)入近木軌道區(qū)域時(shí)飛躍北極和南極。此時(shí)，朱諾 ” 號(hào)將鳥瞰木星的強(qiáng)烈極光，同時(shí)丈量與極光有關(guān)的帶電粒子和電流。這顆探測器將進(jìn)行大約 34 次環(huán)飛，最終在 1 年左右時(shí)間內(nèi)覆蓋整個(gè)木星。

朱諾 ” 號(hào)探測器與木星間的距離非常近，繞木星飛行時(shí)。足以感受到全強(qiáng)度的木星磁場 — 大約在 10 12 個(gè)高斯之間。相比之下，地球磁場為半個(gè)高斯左右。繞木軌道的其他區(qū)域，朱諾 ” 將對(duì)一個(gè)強(qiáng)度大約減弱 1000 萬倍的磁場進(jìn)行丈量。

兩臺(tái)磁力計(jì)齊上陣

用于丈量強(qiáng)磁場和弱磁場。兩臺(tái)磁力計(jì)裝置在一個(gè)支架上，朱諾 ” 號(hào)的兩臺(tái)磁力計(jì)一模一樣。相隔大約 6.5 英尺（約合 2 米）支架采用合成資料結(jié)構(gòu)，固定在太陽能電池板陣列末端。之所以裝置兩臺(tái)磁力計(jì)是為了應(yīng)對(duì)其中一臺(tái)發(fā)生故障以及探測器自身發(fā)生 “ 游蕩 ” 磁場。第二種情況下需要使用兩臺(tái)磁力計(jì)，以矯正丈量結(jié)果。探測器發(fā)生的磁場雖然很小，但仍可以被磁力計(jì)感知到靠近探測器的磁力計(jì)將感知到一個(gè)較大的磁場，較遠(yuǎn)的磁力計(jì)則感知到一個(gè)較小的磁場。

每秒鐘可對(duì)木星磁場進(jìn)行大約 60 次測量。將丈量相對(duì)于自身的磁場強(qiáng)度和方向，朱諾 ” 號(hào)每分鐘旋轉(zhuǎn)兩周。但科學(xué)家真正希望了解的相對(duì)于木星和宇宙的磁場方向。這項(xiàng)工作需要借助恒星照相機(jī)完成。每個(gè)磁力計(jì)傳感器配備兩臺(tái)恒星照相機(jī)，用于確定傳感器在太空中的確切方位。照相機(jī)每 4 秒鐘拍攝一幅夜空照片，能夠識(shí)別視野內(nèi)的所有明亮天體。通過一種先進(jìn)的算法對(duì)所看到天體與已知恒星進(jìn)行比擬。傳感器在太空中的方位是進(jìn)行這種比擬的最理想?yún)⒄铡?/p>