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朱諾號成功入軌!

2016/07/19 | | 標籤:

2016 年 7 月 5 日臺北時間 11:53,朱諾號在主引擎點燃 35 分 2 秒後,進入週期 53.5 天的環繞木星軌道,成為繼 1995 年伽利略號之後,第二個進入木星軌道的探測器!之後預計會在 10 月 19 日再次進行引擎點火,縮短為 14 天週期的軌道,之後才正式進入科學任務階段。

在羅馬神話故事中,奧林帕斯山上住著天神朱比特(Jupiter)和他的妻子朱諾(Juno),朱比特利用了魔法變出了一團薄霧藏身其中,唯有天后朱諾能看透這層薄霧,瞧見朱比特的惡作劇 ──科學家將這項探測木星的任務命名為朱諾號,正是期望這艘太空船也能像天后朱諾一樣,看透木星(Jupiter)的本性!

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進入木星軌道的朱諾號。圖/NASA

Google首頁也一起慶祝朱諾號入軌

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朱諾號是美國航太總署(NASA)新疆界計畫的第二項任務,於 2011 年 8 月 5 日利用擎天神 5 號火箭(Atlas V)發射升空,配備三塊約 8.9 公尺長的太陽能板,是 NASA 所有深空任務中最大的,也是目前人類用太陽能航行最遠的太空探測器。太陽能板完全展開後全長約 20 公尺,朱諾號進入太空將太陽能板展開並調整好方向後,就可提供太空船所需的電力。朱諾號升空後,從地球到月球(約 40 萬 2336 公里)僅需不到一天的時間,然後耗時 5 年、歷經 28 億公里的旅程才能抵達木星。途中曾在 2013 年 10 月飛掠地球獲得重力協助。2016 年 7 月 4 日進入木星軌道後,這艘太空船將在 20 個月內,以繞極方式環繞木星 37 圈,距離最近的一次將從木星大氣頂層上方約 5000 公里處掠過,預定在 2018 年 2 月完成任務後,脫軌進入木星大氣,以免汙染可能有生命的木衛二歐羅巴。

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科學目標及儀器

朱諾號的目標是探測木星的起源與演化,以瞭解太陽系形成初期的狀況和重要過程。具體的探測任務為:

  • 測量木星大氣中的水含量,這將有助於釐清何種行星形成理論較為正確,或是需要新的理論。
  • 深入探測木星大氣,測量其成分、溫度、雲層運動和其他性質。
  • 測繪木星磁場和重力場,剖析木星深層構造。
  • 研究木星兩極的磁層和極光,將能有助於理解木星的強烈磁場如何影響大氣。

朱諾號太空船直徑達 20 公尺、高 4.5 公尺,搭載多項科學儀器,將研究木星是否有固態核心、測繪木星的強烈磁場、測量深層大氣中水和氨的含量,並研究木星極光。

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朱諾號酬載系統圖。圖/網路天文台

朱諾號還帶了……

朱諾號上還搭載了三個小小的航太級鋁製樂高積木人偶,高僅 3.8 公分,分別代表天文學家伽利略(Galileo Galilei),及羅馬神話中的天神朱比特和天后朱諾。這是由美國航太總署和樂高積木集團合作的教育推廣計畫,希望激起孩童探索科學、技術、工程和數學的興趣。羅馬神話中的朱諾手持放大鏡,彰顯她審視事實的神性;朱比特手持閃電做成的箭,如同天神的權杖──這兩個人偶清楚表現了朱諾號的命名源由。至於第三個人偶伽利略,一手捧著木星,另一手拿著望遠鏡,是因他在望遠鏡發明後,利用望遠鏡觀察星空,對木星研究有眾多重要貢獻,其中包括1610年發現木星四個最大的衛星—木衛一埃歐(Io)、木衛二歐羅巴(Europa)、木衛三加尼米德(Ganymede)、木衛四卡利斯多(Callisto),因此後人稱這四顆衛星是伽利略衛星!

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朱諾號上搭載的三個樂高人偶。圖/collectSPACE

在朱諾號上還有一塊銘板,記載著伽利略的自畫像,和他 1610 年時親手寫下的木星觀測紀錄,藉此紀念伽利略在木星研究上的貢獻。這塊銘板由義大利太空局(Italian Space Agency)提供,寬 7.1 公分、高 5.1 公分,由航空用鋁板製成,重約 6 公克。

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朱諾號上的銘板,用以紀念伽利略的貢獻。圖/網路天文館

木星的起源與內部

現行的太陽系形成理論認為,原始太陽是由最初的一團巨大氣體雲逐漸向內收縮所形成。木星的組成與太陽類似,絕大部分是氫與氦,因此它必定是在早期形成,才能擷取與太陽類似的物質。然而科學家仍不清楚木星的形成機制,究竟是先有巨大的核心,才藉重力捕捉其他氣體,還是雲氣中不穩定的塌縮區觸發行星形成?

更重要的是,我們仍不清楚在行星形成過程中,冰質微行星(icy planetesimal)或小型原行星(proto-planet)的成分和扮演的角色,地球和其他類地行星也是從這些成分逐漸發展形成。冰質微行星可能為地球帶來水和碳化合物這類組成生命的基本物質。

與地球不同,木星龐大的質量讓它可以保有原始組成,讓我們有機會一窺太陽系的歷史。朱諾號將測量木星大氣中的水和氨的含量,並測定木星是否具有固態核心。此外,藉由測量木星的重力場和磁場,可呈現木星內部結構,推估核心質量。從這些測量或許可以直接解決木星起源、甚至是太陽系起源的問題。

木星大氣

木星表面色彩斑斕的區(zone)、帶(belt)或其他特徵究竟向下延伸得多深,是研究木星最重要的基本問題。朱諾號將首度測量木星雲頂下方大氣的全球性結構和運動,並測繪大氣層組成、溫度、雲系和運動模式的變化。

木星磁層

在木星大氣深處的強大壓力下,氫氣會被壓縮成流體的液態金屬氫,此時氫的行為就像是會導電的金屬,科學家相信這就是木星強烈磁場的來源。當帶電粒子進入木星大氣,會受強大磁場環境影響,產生太陽系中最亮的極光。由於朱諾號是以繞極方式環繞木星,因此可直接測量木星兩極的帶電粒子樣本以及磁場狀態,同時以紫外輻射波段觀察木星極光。這些研究調查將大幅增進我們對木星極光的瞭解,甚至應用到其他有強磁場環境的類似天體上,例如年輕恆星及其行星系統。

新疆界計畫(New Frontier)

美國航太總署的新疆界計畫以探測太陽系天體為目標,平均每三年執行一項任務,目前進行中的任務有三項:

  1. 新視野號(New Horizons):2006 年 1 月 19 日發射的新視野號太空船,在 2015 年 7 月飛掠主要目標──矮行星冥王星,將在 2015 至 2020 年間造訪一至二個古柏帶(Kuiper Belt)天體。
  2. 朱諾號(Juno):2011 年 8 月 5 日發射的朱諾號太空船,在 2016 年 7 月進入木星軌道,是首艘探訪外側行星的太陽能動力太空船。
  3. OSIRIS-Rex:在 2016 年 9 月發射 OSIRIS-REx 太空船,預訂在 2020 年前抵達目標-101955 號小行星 Bennu,除了探測之外,還將在小行星表面進行採樣,並在 2023 年返回地球。

2016 年 8 月出版的《臺北星空》第 73 期,將會推出朱諾號任務的專題報導,敬請期待!

主要資料來源:

其他資料來源:Mission JunoNASA|Juno:Mission to Juipter

2016.07.05, 胡佳伶 編譯

本文轉載自網路天文館

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