近20年首次近距離觀察木星衛星的機會來了!

近20年首次近距離觀察木星衛星的機會來了!這是NASA的朱諾號木星探測器拍下的照片:木星的衛星木衛一在木星云層上投下一片陰影。木衛一是一個火山世界,每42小時繞木星一周。
攝影:NASA/JPL-CALTECH/SWRI/MSSS, KEVIN M. GILL

撰文:NADIA DRAKE
 
  在圍繞木星運行了5年后,NASA的朱諾號木星探測器正在進入木星系統的中心。
 
  朱諾號木星探測器在4年時間里圍繞木星運行了42圈,這之后,它將進入一個危險惡劣的環境中,同時帶來三個外星世界壯觀的風景。朱諾號已經準備好了,它身披“鈦裝甲護盾”,可以應對強輻射;在這次勇敢的旅程中,遠方的地球團隊將一路相隨。
 
  “我非常激動,能設計出這個方案,我真的很興奮,”朱諾號的首席研究員、西南研究院的Scott Bolton說:“這是一個具有創造性的想法,從僅圍繞木星運行的木星軌道器,轉變成全系統探測器。”
 
  朱諾號繼續將觀測木星系統,同時圍繞木星運行的軌道將緊縮,越來越靠近太陽系最大的行星,同時也會看到木星最迷人的三顆衛星。

近20年首次近距離觀察木星衛星的機會來了!
在NASA的朱諾號木星探測器拍攝的這張照片中,木衛一從木星上空冉冉升起。木衛一比月球略大,是太陽系里火山活動最活躍的星球。
攝影:NASA/JPL-CALTECH/SWRI/MSSS, GERALD EICHSTÄDT AND JUSTIN COWART
 
  今年6月,這艘太陽能航天器將與太陽系里最大的衛星:木衛三擦肩而過;接下來,2022年,它將拜訪冰封的海洋世界木衛二,這里可能有生命存在;最后,朱諾號將勇敢地靠近木星,與木衛一打個照面,這顆衛星火山活動活躍,覆蓋著含硫物質的霜。自2003年伽利略號探測器任務結束后,這是人類近20年來首次近距離觀察這些衛星,研究外太陽系難以捉摸的冰封世界的科學家也因此雀躍不已。
 
  “我一直想讓‘#行星被高估’這個標簽成為熱門話題,”行星科學研究所負責研究木衛一的Julie Rathbun說:“天然衛星和人造衛星更有趣。”
 
  除了研究這三顆衛星,朱諾號還將仔細觀察木星環,并多次穿過木星環本身。這些光環黑暗又彌散,不如土星環那么壯觀,科學家對它們知之甚少。
 
  “外太陽系的任務很罕見,我們能利用這艘宇宙飛船真是太好了,”噴氣推進實驗室Cynthia Phillips說:“這基本上是一個全新的任務。”Phillips負責研究外太陽系的冰衛星。
 
圍繞木星五年
 
  2011年,朱諾號發射升空,2016年7月4日,進入木星軌道。這個探測器的首要目標包括研究木星的重力、磁場、大氣和內部情況。
 
  朱諾號以朱庇特之妻的名字命名,為木星拍下了精美的照片,并因此享譽世界。幾個世紀以來,遠方的我們一直看到巨大的漩渦從行星表面掠過。但通過朱諾號上的相機鏡頭,近距離觀察,我們發現木星就像一幅水彩畫世界,在之前從未見過的兩極附近,有無數旋轉和聚集的氣旋。
 
  除了薄薄的木星環系統外,這顆行星周圍還圍繞著約79顆衛星,包括3年前偶然發現的12顆。其中最大的四顆衛星,被稱為伽利略衛星,17世紀初由意大利天文學家伽利略·伽利萊最先發現,最初他誤以為它們是恒星。現在,木衛三、木衛四、木衛二和木衛一成了太陽系里最迷人的地方,雖然很少有航天器能夠近距離研究它們的細節。1979年,兩艘旅行者號探測器飛過木星;從1995年開始,伽利略號探測器對木星系統進行了8年調查。
 
  “關于這些伽利略衛星,我們掌握的數據是如此至少,這仍讓我感到震驚,”Rathbun說。

近20年首次近距離觀察木星衛星的機會來了!
 
  朱諾號向內飛行的第一個目標是木衛三。這是一顆巨大的衛星,直徑超過5950公里,比水星還要大,每172小時繞木星一周。6月7日,朱諾號將首次近距離經過這個多坑的世界。和所有的伽利略衛星一樣,木衛三(Ganymede)也是以神話中朱庇特的一位情人命名的。
 
  “木星系統規模巨大,”Phillips說:“在木星軌道上,并不意味著木衛一、木衛二或木衛三就在附近。”
 
  木衛三最奇怪的地方在于,它是太陽系里唯一一顆自己產生磁場的衛星;科學家認為,這種現象源于液態核心攪動,就像地球一樣。
 
  “這只是一種假設,我們不確定,”Phillips說。我們也不清楚,在太陽系漫長的歷史中,木衛三如何保持固有的磁性,而其他天體,比如月球和火星,在幾十億年前失去了磁場。
 
  科學家還推測,在木衛三滿是坑洞的冰殼下,是一片全球海洋;朱諾號的觀測結果將有助于繪制冰殼,并探測薄弱點。最終,朱諾號在木衛三的引力作用下,將繞木星的軌道縮短10天,從而向木衛二和木衛一靠近。

近20年首次近距離觀察木星衛星的機會來了!
 
  2022年9月,朱諾號將飛掠木衛二;這顆衛星被認為是太陽系內最有可能發現外星生命的地方之一。作為伽利略衛星中最小的一個,木衛二是一個真正的水世界:縱橫交錯的冰殼下,是一片含有鹽分的全球海洋,水量超過地球上所有的海洋。
 
  科學家推測,這片外星海洋中包含了我們所知的生命進化和繁榮的所有必備元素:水、能源和基本化學元素。但我們不知道木衛二是否有人居住,直到我們派出探測器飛到足夠近的地方,尋找生命的跡象。NASA計劃在未來15年左右的時間里,開始“木衛二快艇”任務,駛向外太陽系。
 
  明年,朱諾號將三次飛掠木衛二,尋找水蒸氣羽流和間歇泉的跡像,天文學家稱,木衛二上正在發生這種現象,至少偶爾會發生。
 
  “爭論很多,”Phillips說:“所以如果有另一艘探測器在那里,只是看一看——有什么可疑之處嗎?這真的很重要。”
 
  朱諾號還將掃描冰殼,搜尋特別薄弱的地方,或者地殼中可能存在液態水的地方。這些地點會讓未來的探測機器人更容易收集海底樣本。在掃描星球表面的同時,朱諾號還將繪制人類從未見過的木衛二極點地圖。
 
  “通過繪制木衛二這些未曾見過的部分,我們可以組合成一張全球地圖,”Phillips說:“這和火星不一樣,我們已經進行了無數次任務。”
 
  朱諾號飛過木衛二時,軌道會再減少5天。繞木星一周的時間縮短至38天,朱諾號將進入地獄般的木衛一。

近20年首次近距離觀察木星衛星的機會來了!
 
  木衛一上有400多座活火山,是太陽系里火山最多的地方。2007年,NASA的新視野號探測器快速飛掠木星時,發現了巨大的火柱,高達322公里。
 
  木衛一緊挨著木星,是最棘手、最危險的目的地之一。它距離木星很近,每42小時繞木星一周,因此環境極其惡劣。在木星和木衛二的引力之下,這顆衛星本身被加熱、擠壓和拉伸,這也解釋了它為何極度活躍。2023年,朱諾號將11次近距離飛掠木衛一,Rathbun希望在此期間能看到一些劇烈活動,比如新視野號捕捉到的特瓦史塔火山口的爆發。
 
  “每當附近有什么東西時,特瓦史塔總會活躍,”Rathbun開玩笑說。木衛一總有火山噴發。拋射出來的物質被木星的引力所捕獲,轉變成這顆行星巨大的極光——極點會出現漩渦狀的、鮮艷的紫外光,類似于地球南北極的極光。
 
  就像木衛二和木衛三一樣,人類對木衛一的近距離觀測并不多。伽利略號探測器任務結束后,我們收集的關于木衛一的大部分信息來自地球上的望遠鏡。
 
  “每一次觀察都會發現新東西,尤其是木衛一,我們必須盡可能多地去觀察,”Rathbun說。
 
  不同于地球上的火山,木衛一的火山隨機分布在星球表面,這種模式讓科學家開始思考巖漿庫和內部熱量的問題。Rathbun說,高緯度的火山似乎與靠近赤道的那些不同,噴發不那么頻繁,但更劇烈。
 
  Rathbun說,聽到飛掠木衛一的計劃時,她“興奮得上蹦下跳”,“我們終于可以好好觀察極點的火山了!”
 
  Bolton說,朱諾號可以幫助科學家弄清楚木衛一的火山是否源自全球巖漿海洋,還是說更小、更分散的巖漿庫導致了局部爆發。他不擔心朱諾號距離木星太近,或是要穿過薄薄的木星環。如果說有探測器能在木星的強烈輻射或者與光環的粒子碰撞后幸存下來,那一定是朱諾號。
 
  “我們把它打造得像一輛裝甲坦克,”他說:“這層裝甲看起來還挺不錯。”
 
(譯者:Sky4)
本文內容為國家地理中文網原創或者授權編譯,未經正式書面授權不得以任何形式轉載或使用。
喜歡
  • 微博評論
  • 網站評論
發表您的評論
lpl竞猜