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木星衛星成為美國宇航局朱諾號宇宙飛船的科學研究中心

2024-01-29 09:04:56

這次聚焦於木星的任務將為我們研究冰衛星提供新視野

圖 1 2022年9月29號美國宇航局朱諾號在距離衛星表面945英里(1500公里)時拍攝到的木衛二

2016年美國宇航局朱諾號例行測試時,發現部分引擎沒有按照預期工作。該航天器在2016年6月抵達木星,每53天繞該氣體星球一次,如果加速,執行週期將縮短至14天。考慮到引擎問題,朱諾號團隊決定不冒險改變,讓航天器保持在更長、更寬的軌道上。朱諾號圓滿完成任務獲得了額外的42次環星飛行,可以近距離拍攝木星衛星。聖安東尼奧西南研究所的行星科學家,朱諾號任務的首席研究員斯科特•博爾頓,在12月14日星期三的美國地理科學聯盟的秋季週會上表示,我們非常幸運能夠進行拓展任務,讓朱諾號近距離接觸衛星。

朱諾號對木星及其衛星的觀測帶來了新的見解,為後期衛星探索任務奠定了基礎。其中一項是歐洲航天局的冰衛星探索計劃(JUICE),採用了朱諾號拍攝的木衛三(加尼米德)圖片,結合1979年旅行者號傳回的資料和90年代及20世紀伽利略任務收集的資訊,繪製了木衛三的詳細地圖。博爾頓指出,地圖展示了令人驚歎的冰衛星表面,平滑的明亮地帶和溝壑縱橫的黑暗地帶塑造了多樣的表面形貌。它有著線性地貌,可能由構造運動形成的,也有著明亮的白色斑點區域,或許是隕石坑正在產生新鮮的冰層。

朱諾號藉助微波感測器研究木衛三和另一個冰衛星-木衛二,窺探它們有趣的表層下正在發生著什麼。木衛三的表層地貌不同,使其下方區域存在冷熱差異,而且微波資料顯示木衛三的溫度比此前測量結果更低,這與其高的熱反射能力有關。這種反射效應在木衛二上更加明顯,朱諾號可以使用攜帶的導航相機,捕獲行星周圍的弱光,描繪出木衛二的夜間影象。博爾頓說到,使用我們的感測器可以看到衛星被照亮的一面,這是具有創新意義的。就像地球反射太陽光照射在月球表面一樣,木星的光芒模糊地投射在木衛二表面。

圖 2 “朱諾號”拍攝的迄今為止距離木星最近的一張照片,展示了寒冰覆蓋的“發光[1]”木衛二

朱諾號還有機會探索木衛三上的磁場,木衛三是太陽系已知衛星中唯一一個有自生磁場的。朱諾號資料顯示木星和木衛三的磁場存在連線和斷聯,釋放出大量紫外輻射。西南研究所的行星科學家托馬斯•格力塔在新聞釋出會中指出,透過紫外線觀察,可以看到木星和木衛三聯結的整個磁場的幾何形狀(圖三)。

圖 3 木衛三(藍色)和木星(橙色)磁場間互動作用的描繪

毋庸置疑,朱諾號主攝像頭在飛行過程中付出了努力。朱諾號的共研究者之一,早先從事旅行者號的影象研究,行星科學所的專家坎迪斯•漢森說到,朱諾號拍攝到的令人驚歎的圖片中揭露了那些“隱藏在眾目睽睽”下的細節,比如此前旅行者號拍攝的照片。

朱諾號拍攝到高質量的木衛三照片,包含著類似火山口的地形。它也拍攝到木衛二表面的新照片,與其他衛星的斑駁表面相比,木衛二表面光滑、隕石坑覆蓋較少,意味著它形成時間晚,這與之前的資料一致。當然,拍攝的影象少不了木星本身,最新的影象展示了包括北部氣旋在內的木星湍流雲層,如同梵高筆下藍色夜空中旋轉的灰綠色和淡黃色漩渦。

博爾頓指出,這次任務使科學家們第一次看到“火山衛星”木衛一的兩極,在7月5日拍攝的紅外影象中呈現了許多發光熱點(圖4),出現在兩極點的熱點數量高於赤道區域,這一結果令科學家們震驚。同年12月15日星期四,朱諾號再一次飛越木衛一,拍攝了距離木衛一最近的照片。

圖 4 朱諾號在2022年7月拍攝的木衛一紅外照片

雖然朱諾號獲得了擴充套件任務,但它的在軌時間不會太長,隨後的幾年間,木星和衛星的輻射將會不斷侵蝕它。即使這種情況不會發生,朱諾號最終將燃料耗盡,再也不能返回地球和輸送資料。博爾頓表示,團隊最初設計想法就是讓朱諾號撞上木星,保護如木衛二等的潛在宜居衛星。從目前的執行軌跡看,朱諾號會飛行到木星範圍內,在厚厚的大氣層中燃燒殆盡。他補充說,這種不干涉的方法尚在官方批准中,但這的確是目前最簡單的處理方式。

後期的任務如2023年4月歐洲航天局的JUICE,2024年10月NASA發射的歐羅巴快船,將建立在朱諾號的基礎上。例如,朱諾號未能觀測到木衛二上的水羽流,這可能使科學家們探究隱藏在冰層下的全球海洋,衛星的揭秘任務仍在繼續。博爾頓表示,JUICE團隊已經在使用朱諾號傳回的資料,包括繪製了木衛三的地圖,該團隊正致力於研究圖片和感測器背後隱藏的東西,意味著他們不斷以更高精度深耕者我們早先觀察到的資訊,制定著新的探測計劃。

注:[1]木星是太陽系中體積和質量最大的行星,而且擁有極其強大的磁場。木衛二在圍繞木星旋轉的同時,也遭受著木星強烈的輻射。木星噴射出一些高能粒子後,木衛二因為沒有大氣層和磁場的保護,表面含鹽冰層與高能粒子作用後達到激發態產生熒光。

BY:Rebecca Sohn

FY: gxm

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