華僑網 科技教育 从地球出发2年又返回,偷了某件东西后才向那家伙冲去

从地球出发2年又返回,偷了某件东西后才向那家伙冲去

出品:科普中国

制作:寒木钓萌团队

监制:中国科学院计算机网络信息中心

5年前,它从地球出发,2年后,它又回来了,从地球偷了一颗“能量核”,这才壮胆踏上征程,向着太阳系那颗最危险、最巨大的行星飞去。今天,它到了。

它是谁?它是追求真理,能透过迷雾看见真相的朱诺号。

朱诺号木星探测器,2011年8月5日发射,2016年7月5号到达木星(本文部分图片来源:NASA)

返回为何故

木星距离太阳平均7.78亿公里,是地球与太阳距离的5.2倍。

要想去木星,还真是不容易,先要克服地球重力,逃出地球后还得继续克服太阳引力,因为这是在做远离太阳的飞行,到了木星周围后还得减速。

算起来,这一路需要的燃料实在是太多了!幸好,太阳系有不少“弹弓”,而地球就是其中之一。

朱诺号飞出地球两年后,于2013年10月再次返回,目的是让地球这把“弹弓”狠狠地“弹”它一下,以便获得能飞往木星的速度。

引力弹弓原理可以如上图理解,地球与太阳之间有引力,看不见,可以用绳子代替。飞船靠近地球飞行时,受到地球强大引力拉扯,这种无形的拉扯也看不见,但可以用中间成年人和小孩手拉手表示。

如上图,地球以30公里每秒的高速向右运动,而飞行器逐渐向地球靠近,然后贴着地球飞一段时间,此过程中,飞船一直受到地球无形引力的强力拉扯,最后离开——这就是引力助推的原理。

引力助推结束后,朱诺号相对太阳的速度大大增加,而地球呢,因为中途拉扯了一下朱诺号,故速度会有所减慢,只是因为地球的质量实在太大了,减小的速度可完全忽略不计。

木星探测小史

行星探测总体分两种——“飞掠”和“环绕”。最难的是飞过去后还要环绕行星运行,而最简单的当然是飞掠,因为不用减速呀,在太空航行中减速可一点不像你开车时减速,一脚刹车下去车就停了,费油不多。真空中的减速跟加速一样都需要耗费燃料。其实,还有比飞掠更简单的,那就是不管三七二十一,一头撞上去就拉倒。

造访过木星的探测器大家听得也多了,跟其他探测器相比,朱诺号牛在何处?

没有对比就看不到差距,咱们从头说。

名字:先驱者10号;发射时间:1972年3月3日;任务类型:飞掠

名字:先驱者11号;发射时间:1973年4月6日;任务类型:飞掠
先驱者11号飞掠木星后,又来到土星。

名字:旅行者1号;发射时间:1979年3月5日;任务类型:飞掠

名字:旅行者2号;发射时间:1977年8月20日;任务类型:飞掠
旅行者2号飞掠木星、土星和天王星后,又来到海王星。

名字:尤利西斯号;发射时间:1990年10月6日;任务类型:飞掠

名字:卡西尼-惠更斯号;发射时间:1997年10月15日;任务类型:飞掠

名字:新地平线号;发射时间:2006年1月19日;任务类型:飞掠

名字:伽利略号;发射时间:1989年10月18日;任务类型:环绕

以上就是曾经造访过木星的探测器,其中,只有伽利略号采取了环绕木星轨道的方式。

既然伽利略号都已经环绕木星轨道仔细探查过木星了,为何还要再发射朱诺号?有钱也不能这样浪费呀。其中一个很大的原因是,伽利略号当时出现了较大的问题,它的高增益天线打开时出了错,并造成了严重的后果。本来几分钟就能往地球发回一张照片,出错后变成了好几周才能发回一张。(后来随着计算机科学的进步,多少弥补了伽利略号的失误。)

挑重任的朱诺号

朱诺号航行路径,图中蓝色的线为地球轨道,白色的线为朱诺号航行路径。

朱诺号采用高离心椭圆绕极轨道,距离木星极地最近为4300千米高,

距离木星最远时,远在木卫四之上。

采用这种高离心椭圆轨道的好处是,可以避免探测器长时间接触木星的强辐射。

太阳系内,没有任何一颗行星的磁场比木星强。与地球磁场相比,木星的磁场强度实在是强太多,具有极强的捕获粒子并使粒子加速的作用,这会产生可怕的辐射,对探测器造成致命危害。

磁层中的强大电流在木星的极区形成像地球那样的极光,不同的是,木星的极光是永久性的,图为2016年6月30日,哈勃太空望远镜拍摄到的木星极光。

为对抗木星的强辐射,朱诺号使用1厘米厚的钛金属来遮罩内部的电子仪器。而因为强辐射,朱诺号携带的可见光相机和望远镜将会在绕行木星仅7圈后报废。我们可以想象一下,如果朱诺号上有人,他能活多久……

朱诺号上使用的太阳能电池板。以往飞掠或者环绕木星的所有探测器,全都使用同位素核电池为设备供电,唯有朱诺号例外,有两个原因,一是当时核电池的原料钚-238短缺,二是太阳能发电效率的提高。

在地球周围,朱诺号上太阳能电池板最高功率可达12-14千瓦;而远离太阳,到达木星后,朱诺号获得的阳光只有在地球周围的4%,此时,功率只有486瓦,而木星的强辐射又将使功率降到420瓦。这3块太阳能电池板是迄今为止,人类使用太阳能最遥远的地方。

朱诺号还携带了三个铝制的乐高人偶像,分别代表伽利略(左)、木星之神朱庇特(右),以及朱庇特的妻子朱诺(中),她手持放大镜,象征她追求真理。罗马神话中,朱庇特拉起云彩遮挡自己,以隐藏自己的行为;而朱诺可以看穿云雾,揭露她丈夫的本性。这也是朱诺号名字的由来,美国国家航空航天局希望,朱诺号能“拨开”木星的厚厚云层,一探究竟。

同时还携带了向伽利略致敬的铭牌,也是航空等级的铝制品,由意大利提供,伽利略是意大利人。

400多年前,当伽利略第一次拿起望远镜观察木星并发现木星的4大卫星时,他不可能想到,未来有一天,伟大的人类会将他的乐高人偶和铭牌在28亿公里的航行后,送到让他名垂千古的巨大行星上。

2017年10月,朱诺号将完成使命,此时,它将改变轨道并冲入木星大气烧毁。费了老大劲才环绕木星,为何不让它继续绕下去?留个纪念不好吗?原来,科学家们担心,可能携带有地球微生物的朱诺号会落入可能有生命存在的木卫二欧罗巴,假如撞上去了,日后人类若发现木卫二真的有生命,那么,算谁的呢?

“欧罗巴上的生命说:谁的都不是,我是杂交的。”

“NASA:糟糕,这次搞大了!”

每天,每个人都在埋头干自己的事,似乎,我们每个人一生的眼界也就那么一点点,但其实不是,有一个叫做朱诺号的探测器正在那个极其遥远的地方,为你为我,揭开神秘木星和太阳系的奥秘,祝愿朱诺号未来一切顺顺利利。

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本文由科普中国融合创作出品,转载请注明出处。

【视频】5年,28亿公里,木星“体检”专家朱诺号入轨!

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