[科普中国]-朱诺号木星探测器

简介

朱诺号木星探测器是美国宇航局“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）。“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。

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。

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。

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。1

科学目标朱诺号携带的科学仪器套件将2：

确定氢氧比例，有效的测量木星上水的丰度，这将有助于厘清现行理论中有关气体巨星的木星是在太阳系的何处形成。

获得更好的木星核心质量评估，也将有助于厘清气体巨星于太阳系何处形成的现行理论。

精确的绘制木星引力场图，以确定木星内部的质量分布，包括其结构和动态等属性。

精确测绘木星的磁场，评估其起源和结构场，以及在木星的多深处创造出磁场。这个实验也将有助于科学家了解基本物理学的发电机原理。

测绘大气成分、温度、结构、云的不透明度和动力学变化，在所有的纬度上达到压力超过100帕（10MPa；1,450磅/平方英寸）。

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，也称为冷泽-提尔苓进动，和可能的广义相对论效应与木星自转连接的一个新测试。

名称由来探测器的名字“朱诺”是罗马神话中天神朱庇特的妻子。朱庇特施展法力用云雾遮住自己，但是朱诺却能看透这些云雾，了解朱庇特的真面目，因此探测器取这个名字也是借用其寓意，希望它能解开这颗云遮雾绕的气态巨行星隐藏的秘密。

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165000英里每小时（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。

“朱诺”在2011年8月5日12时25分由“宇宙神”-5火箭发射，“因为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，调查木星上冰岩芯是否存在；确定木星上水的含量；大气中氨的含量；研究木星大气对流情况以及探讨木星磁场起源和极地磁层任务计划于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。按照计划，朱诺号抵达木星，它将围绕这颗气态巨行星的轨道运转一年时间，任务期间一共围绕木星飞行33圈，采用极轨轨道在北极到南极之间绕转飞行。这艘飞船上一共搭载了8台载荷设备，用于考察木星的大气层，引力场以及磁场。3

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。4

2016年，它将会进行切入轨道点火，将速度减慢后进入周期为11天的极轨道。

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。5

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。6

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。7“朱诺”号将环绕木星运行20个月，收集有关该行星核心的数据，描绘其磁场，并测量大气中水和氨的含量。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。7

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。8

目前朱诺号每53天环绕木星一圈。它原计划在10月19日启动发动机进行变轨，以使轨道周期减少到每14天环绕木星一圈。但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。9任务团队将辅助推进器点火31分钟，微调了探测器的飞行速度。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，短暂“卡壳”的“朱诺”号恢复了工作，并将完成12月11日的近木点飞掠任务。10

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。此次“朱诺号”探测器达到近木星点最近距离，该探测器距离木星顶端云层大约4300公里。朱诺号探测器的8个科学勘测设备和朱诺相机在此次勘测中收集了大量数据，目前已传送至地球。11

2016年10月，抵达木星轨道的NASA朱诺号探测器准备向低轨道机动时出现了故障，轨道机动任务一直被推迟，2017年2月18日NASA在评估各项风险后，决定放弃让朱诺号探测器进入更低的14日木星周期轨道，其将继续维持目前的53日周期的科学轨道并进行更多科考任务。12

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，因为它已经在错误的轨道上滞留了太久时间，团队不会再去寻找让其进入更理想轨道的方式。13

功能配置“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。“朱诺”是美国宇航局“新疆界”计划实施的第二个探测项目。

“朱诺”号探测器携带着3块太阳能板，每块宽2.7米，长10米，大小相当于拖拉机的拖车。升空后一个小时内，3块太阳能板将慢慢展开，这让“朱诺”号看起来像一台巨型的风车，媒体形象地把这3块太阳能板称为“太阳能翅膀”。2017年4月，也就是环绕木星轨道飞行9个月后，“朱诺”号将超过欧洲航天局的“罗塞塔”号彗星探测器，成为单纯依靠太阳能动力飞行里程最长的航天器。

“朱诺”号太阳能板可提供14千瓦的电力，但进入木星轨道后，提供的电力仅为400瓦，只能点亮少量电灯泡。因此，“朱诺”号上的科学仪器和机载计算机均高度节能，同时研究团队还为“朱诺”号精心设计了环绕木星运行的轨道，使其尽可能多地接收阳光。14

携带设备探测设备“朱诺”上装有9台探测设备，包括一部广角彩色摄像机，可以向地球发回彩色图像。当朱诺号进入轨道后，红外线及微波探测仪器将会测量来自木星大气层深处的热辐射源。这些观测将会补充及证实先前对木星成分的研究包括探测水及氧的分布。此外，这也会帮助了解木星的起源。朱诺号也会研究造成木星大气层诸多形态及现象的环流。同时，其他仪器会对木星的引力场及两极磁层的数据进行采集。整个朱诺号任务安排在2017年10月完毕届时探测船将已环绕木星33圈，最后会离开轨道并堕入木星中。15

这种太阳能电池板具有高效的光能利用率，这也决定了其尺寸庞大：长度达到8.9米，宽度2.7米。足以为五只标准灯泡提供电力，如果太阳能电池板面对太阳的角度进行优化，最大可产生12-14千瓦的电力。由于木星以及卫星附近具有强大的高能粒子场，辐射强度超过除了太阳以外任何有人类探测器到达过的地方，辐射带由木星赤道开始，穿过木卫二欧罗巴，向外拓展650000公里所以包括太阳能电池板在内的各种外设和内设都要做好各种屏蔽辐射的处理以承受强烈的X射线的照射。

朱诺还将使用其通讯设备考察木星的重力场，这是其"重力科学实验"项目的一部分。通过发射信号回地球并观察其多普勒效应，科学家们将能够考察木星重力场对信号的影响。

教育计划作为公众教育计划的一部分，朱诺探测器还将携带3个乐高玩偶一起飞向木星，这三个小人分别是罗马神话中的天神朱庇特(注：Jupiter，即英语中的木星)，朱庇特的妻子朱诺(Juno，即探测器的名字)，以及意大利著名天文学家伽利略，他对木星的观测做出过重要的开创性贡献，包括发现了木星的4颗最大的卫星，它们现在被称为"伽利略卫星"。

事实上，首颗围绕木星运行的探测器便被命名为"伽利略号"，除此之外，此次朱诺探测器还将携带一块由意大利航天局提供的伽利略箴言铭牌，上面有伽利略的头像，以及当年伽利略观测木星时纪录的笔记原文。17

朱诺飞船的科学载荷

朱诺飞船携带的载荷中包括29台感受器，它们将数据传输给9台载荷。其中的8台科学载荷——包括MAG，MWRz，重力科学，WAVES，JEDI，JADE，UVS以及JIRAM设备被归为科学载荷；最后一个JunoCam相机则主要是一台用于教育和公众宣传目的的载荷。

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。18

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。

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。

今天，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。不过我们并不能实时看到图像。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。距离延时加上信号带宽太小，我们只能静静等待8月份传回的图像，那将是木星有史以来最清晰的“自拍照”。

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。

木星是如何形成的？木星大气中含有多少水和氧气？木星的内部结构究竟如何？木星的自转更加符合刚体转动，还是在内部不同深度上存在不同速度的自转？木星拥有固态内核吗？如果有，这个内核有多大？木星强大的磁场是如何形成的？木星云层顶部所见的很多大气结构向下延伸多多深，它与木星大气深部运动之间有何关联？木星极光产生的机制是什么？

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。19

最新信息近日，NASA木星探测器“朱诺号”拍摄的木星照片。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”号将环绕木星运行20个月，收集有关该行星核心的数据，描绘其磁场，并测量大气中水和氨的含量。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。20

“朱诺”号有望揭开木星神秘面纱

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。是什么吸引数量众多的探测器“前赴后继”？这次探测任务都有哪些看点？据“朱诺”号项目首席研究员斯科特·博尔顿介绍，“朱诺”号此次进入的是53.5天周期轨道，而不是进行科学考察的14天周期轨道。“朱诺”号要先在这个轨道围绕木星飞行2圈，10月19日左右再次点燃主引擎，进入14天周期科学考察轨道。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’，我们可以调查木星巨大的辐射带，可以深入了解这颗行星的内部，还可以了解木星是如何诞生的，以及整个太阳系是如何演化的。”美国国家航空航天局局长查尔斯·博尔登在宣布“朱诺”号成功进入木星轨道的声明中说。“朱诺”号上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。在科学意义之外，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21。

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。如果我们最后将所有的结果拼在一起，这些仪器就能帮我们有效地逐层剥开云层，如同剥洋葱那样告诉我们云层内部的情况。基于微波数据，艺术家做出了想象图，图上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。

Bolton在天文学会上的一次演讲中提到，8月27日对极光的测量结果中没有一项同我们的预期相符。探测器在飞越极光的过程中打开了多种探测器，但大家期待的东西没有出现，而大家没有想到的却来了。Bolton表示，他们正在整理数据。显然我们得搞清楚木星极光这个复杂的系统。除此之外，在朱诺号加速向木星飞去的过程中，行星磁场的测量读数一直与行星模型的预测吻合的很好。但是在探测器将要抵达近木点的最后几分钟里，读数一下子与预测值出现了巨大的差异，显示实际磁场比预期的要强得多。

Bolton表示，这意味着木星内部磁场远比我们想象的要复杂。当然了，Bolton也强调，此前从未有探测器来到过如此接近木星的地方，而朱诺号的任务就是收集数据来测试这些模型。更多的惊喜则来自对木星重力场的先导测量。Bolton表示，先前构建了行星内部重力场模型的朱诺号团队成员已经准备好根据新收集到的数据重做模型了。行星内部的重力场守护着许多秘密，解开这些秘密将帮助我们更好地了解木星。9