我们的主角,Juno,古罗马神话中 jupiter 的妻子,两尊大神将在一个月后以一种特殊的方式团聚——Jupiter 是我们为木星起的名字,而 Juno 则是即将被 Jupiter 的心俘获的深空探测器。

  

  可能古希腊神话中和 Jupiter 等价的那位大神更加如雷贯耳,他就是——众神之王——宙斯 Zeus!

  在古罗马神话中, 木星朱庇特 Jupiter 掌管天庭, 海王星涅普顿 Neptune 掌管海洋, 冥王星普鲁托 Pluto 掌管冥界,他们是 土星萨图恩 Saturn 的三个孩子,他们的爷爷,土星 Saturn 的父亲,是凯卢斯 Caelus。朱诺 Juno 是 Jupiter 的妻子,也是 Saturn 的女儿。他们的孩子就包括 火星玛尔斯 Mars。 水星墨丘利 Mercury是 Mars 同父异母的兄弟。

  而在古希腊神话中,宙斯 Zeus 掌管天庭,与海神波塞冬 Poseidon,冥神哈德斯 Hades 是三兄弟,他们的父亲是泰坦神之一的克洛诺斯 Cronus,而他们的爷爷,Cronus 的父亲,就是 天王星乌拉诺斯 Uranus。

  这么有些乱的关系网还有更多。更复杂的上古时期的人类道德和人文历史,Juno 和 Jupiter 在古罗马的过去相濡以沫,来的木星和 Juno 号也会形影不离,那么这一次的重逢又会如何呢,会给凡间的人类带来哪些意想不到的惊喜和发现呢,我们拭目以待。

  不过,我们可以先来认识一下 Juno 和 Jupiter,以及,我们是如何为 Juno 和 Jupiter 牵线搭桥的。

  Juno 的体重是 3625kg,其中包括 1280kg 的燃料和 752kg 的氧化剂,这些是 Juno 团聚路上和团聚后消遣度日的动力来源。看上去这个比例很高,不过,绝大多数的卫星和探测器的主要重量都是给了动力的氧化剂和还原剂。

  

  Juno 是 21 世纪展开尺寸最大的深空探测器,她的翼展直径宽达 20m!

  为什么 Juno 需要这么大的尺寸呢,原因在于那巨大的太阳能帆板,她在人类目前能利用太阳能最远的地方。

  太阳到地球的平均距离被定义为 1 个天文单位,符号 1AU,那么在 3AU 的时候,所能获得的太阳能只有地球的 10% 了,这是以前人们所最远使用太阳能的区域,而木星距太阳的距离为 5.3AU,太阳能仅相当于地球上的 4%!

  之前所有抵达过这一距离的航天器无一例外的使用了热核电池而抛弃了太阳能,不过:

  核电池对设备和测试人员都带来了核辐射防护要求;所需要的 Pu-238 剧毒也很难制造,几乎都是冷战时的遗存,NASA 的储量只有几十千克了;太阳能电池效率的大幅提升(较 20 年前提升了 50% 的效率);

  因此这次最终选择了太阳能。不过,这一选择的代价就是超级大的太阳能帆板,帆板面积高达 60 平米,这么大的电池板保障了 Juno 在木星轨道上仍然有 400W 的功率。太阳能帆板造就了这一超级大的航天器。

  

  Juno 还有一点和现在很多的航天器不同,却很像早期的航天器。现在大多数的航天器都是三轴平衡的方式调整姿态,因此结构呈方形,更多的倾向于轴对称。

  而早期的航天器和 Juno 都采用了自旋平衡的策略,结构师多为圆柱、球、圆锥或圆台,更多的倾向于中心对称。早期的航天器由于姿态稳定性不足,需要高速自旋来维持平衡,一个例子是骑行中的自行车轮,另一个更好理解的自旋平衡带来的稳定性的例子就是陀螺,看似一点都立不起来的陀螺在高速旋转下十分稳定,即使是现在,很多惯性制导和定位都用的各种各样的陀螺仪来进行精确定位。

  Juno 则不然,三轴平衡已经非常成熟,Juno 只是想让不同的仪器都有机会看到四周、探测四周而已了。

jupiter,jupiter编程

  

  简单的介绍完 Juno,接下来是她的家属 Jupiter,木星 Jupiter 是太阳系的第二大天体,大家估计太阳系剩下所有的天体(即除了太阳和木星,包括土星哟),加起来的重量不过木星的一半!

  因此巨大的木星成了地球的一大庇护所,木星吸引了太多想要进入太阳系内部的天体,其中有一些是可能撞向地球的,木星极大的降低了本来就很低的天体撞击地球的概率。尽管概率极低,这样的撞击仍然还是避开为好,地球最著名的两次撞击,分别造就了月亮和恐龙的末日。

  

  1994 年 7 月,上图的舒梅克·利维九号彗星 comet Shoemaker–Levy 9 在被木星引力撕裂成数十块碎片一个接一个的撞向了木星,造就了著名的彗星列车,这也是人们第一次亲眼目睹太阳系两个天体之间的碰撞。可以看到下图中木星被一个接一个彗星残骸撞出的一系列黑坑:

  

  木星的俘获带来了巨大的木星环和彗星群,和土星环主要是可以反光的冰不同,木星环主要是各种尘埃,很难看见。木星系彗星是离太阳最近的彗星群,几乎全部是因为木星剧烈影响轨道而形成的彗星。另外两个彗星的主要来源是柯伊伯带和奥尔特云,柯伊伯带最著名的两个天体是冥王星和哈雷彗星,而遥远的奥尔特云则在 1997 年带来了超级明亮的海尔 - 波普彗星,周期 3000 年的这颗彗星在奥尔特云算是周期短暂的了。

  柯伊伯带和奥尔特云的彗星也有相当多受到木星引力的影响而改变轨道,总之,木星特别喜欢玩行星、卫星、彗星之间各式各样的来回切换。

  木星另一个迷人的特点在于颜值高,在知乎这个看脸的世界,这就是你们永远瞻仰的男神。木星那五彩斑斓的渲染如同一幅巨大的远古泼墨画卷,融汇古今笔法,吸收百家所长。

  

  这便是木星著名的大红斑,大到比地球还要大好几倍的地步,这一巨大的红斑是一场旷日持久的超级大风暴,或者,大气旋大台风,早在 1831 年就有人观测到了这个风暴,也有人通过模型得出这可能是近视永久的地貌了。类似的大大小小的风暴在木星司空见惯,正所谓木星肚里能容海量的风暴吧。

  

jupiter,jupiter编程

  木星五彩斑斓的那些云彩,好看却不好闻,很多都是由氨云形成的,不要问我氨气闻起来怎么样!闻得时候一定要谨记严格遵循化学实验闻试剂的要求,煽动瓶口,仅使极少量气体进入鼻腔。这挥发性极强的玩意儿会主动冲入鼻腔……别尝试了。

  木星还有巨大的磁场,倘若木星的磁场可见的话,那么地球上能看到一个比月亮还大的玩意儿……那长长的尾巴和盾牌,是经受太阳风洗礼过的痕迹。

  

  由于木星磁场强烈,木星的极光也很壮观,可惜向来都是远观而不可亵玩焉。下图是哈勃望远镜所拍摄到的木星南北极光,又是比地球还要大:

  

  接下来,便是如何为 Juno 和 Jupiter 两人牵线搭桥了,人们一直想了解木星 Jupiter 的更多,于是这次,人们和 Juno 有个约定,我们送她团聚,她带我们揭开夫君的更多谜团。

  在 Juno 之前,人们了解木星的历史并不长,1610 年 1 月 7 日,伽利略利用自己自制的望远镜对木星进行了人类历史上第一次科学的观测,并发现了最初的四颗木星卫星。

  而现代的造访有 8 次,分别是:

  1973 年 12 月 3 日,先驱者 10 号带来了人类第一次对木星的造访,之后的造访还有:

  1974 年 12 月 2 日,先驱者 11 号;

  1979 年 1 月 4 日,旅行者 1 号,离人类最远的人造物,现距离太阳是地球的 135 倍(135AU),木星的 25 倍距离;

  1979 年 4 月 25 日,旅行者 2 号,现距离太阳是日地距离的 111 倍(111AU),木星的 21 倍距离;

  1995 年 12 月 7 日,伽利略号,这也是第一个专门造访木星的探测器;

  1992 年 2 月 8 日,尤利西斯号,主要研究太阳系,换句话说,乱转;

  2000 年 12 月 30 日,卡西尼号,最终目标土星;

  2007 年 1 月,新视野号,最终目标冥王星及所在的柯伊伯带;

  而为了送 Juno,NASA 付出了 21 世纪目前最昂贵的一笔深空探测飞行器开支:$11 亿,新视野号是$6.5 亿。

  尽管如此,这笔开销仍然显得很小气, $11 亿相当于什么呢:

  NASA 一年(FY2015)财政预算的 6%,不过 Juno 并不只消耗一年的财政开支;能建造 0.6 艘阿利伯克级驱逐舰,美国已经建造了 64 艘;能建造 11 架 F-35,到 2015 年已拨款了 264 架,F-35 计划总开支是 Juno 的 1300 倍;能维持 4.4 个月的国际空间站运营的 NASA 资金链(FY2015);……

  2011 年 8 月 5 日,Juno 从佛罗里达州肯尼迪宇航中心启程,由 Atlas V551 火箭搭载升空,曾经的新视野号也选取的这一型火箭,新视野号也创下了人类发射的最快航天器记录。Atlas V551 下面级搭载高可靠的俄罗斯 RD-180 液氧 - 煤油发动机,上面级为液氧 - 液氢发动机。

  

  然而她并没有匆忙去见夫君,Juno 首先绕太阳一圈,成为一颗临时的人造行星。

  2013 年 10 月 9 日,Juno 深情的在离地球 500km 处掠过(国际空间站就已经 400km 高了),恋恋不舍的加速离开,增加的速度高达 7.3km/s,踏上寻觅 Jupiter 的旅途,此时她已旅行了 16 亿公里。

  2016 年 7 月 4 日,久别重逢的 Juno,在飞行 28 亿公里后,将会被 Jupiter 俘获,开始他们的双人舞旅程。

  

  在 Juno 结束了和人类的约定之后,她会义无反顾的投入 Jupiter 的怀抱,永世不分离。为了这个约定,她预计的总行程有 33.9 亿公里。

  后续,本专栏将持续跟进 Juno 和 Jupiter 的各式八卦资讯。

  查看知乎原文