近一段时间，木星很“热闹”。8月6日，太阳系“大个子”木星与“月姑娘”上演一场木星合月的天文奇观。在一个月前，经历5年漫长飞行的美国“朱诺”号木星探测器进入木星轨道，开始人类迄今最深入的木星观测。
木星是怎样形成的？木星上有多少水？木星表层之下是什么样的？木星是否有岩核？木星的磁性来源于哪里？这些疑团将由“朱诺”一一解答。
□河北日报记者 刘荣荣
解开太阳系身世之谜
在太阳系的行星兄弟中，木星是个头最大、体重最重的一个。
“木星是一颗很特殊的行星，它比太阳系中其他行星大得多，其质量是其他所有行星总质量的约2.5倍，相当于318个地球，体积更达到地球的1300倍以上。”河北天文爱好者学会理事长秦瑞强介绍说，作为一颗气态行星，木星由90%的氢和10%的氦组成，还有极微量的其他气体，包括甲烷和氨，木星目前已知拥有60多颗卫星，“可以说是一个小太阳系”。
当然，木星最广为人知的当然就属“大红斑”了，人类已经观测这个巨大的气旋长达180年，但它究竟由何构成至今仍是一个难解之谜。
“尽管人类对木星充满兴趣，但目前科学界对木星的内部结构，还有其云层、磁场和辐射等了解很少。更重要的是，人们希望通过木星探测，来了解太阳系的起源。”秦瑞强说，木星是一颗气态行星，并且它还保留了太阳系形成初期的一些气态物质，而这些气体在地球上已经没有了。
近年来，星际探测备受瞩目，特别是火星探测成为各国航天活动的热门，而此次“朱诺”造访木星，则掀起了人们对木星探测前所未有的关注。
那么，木星探测与火星探测有哪些不同呢？
秦瑞强介绍，火星与木星有很大不同。在距离上来说，火星距地球最近点约5500万公里，最远点超过4亿公里，木星距地球更远，达到6.4亿至9.3亿公里；此外，火星是岩石星球，木星是气态星球，成分跟太阳极其相似。“火星探测，人们关注最多的是是否存在生命，能否成为人类的‘第二家园’，而木星探测，则十分有助于加深对太阳系的了解。”他说。
20世纪70年代，人类就开始了木星探测，先后发射了先驱者10号、11号，旅行者1号、2号等8个探测器。但其中大部分只是“路过”，顺便获取图像和数据。1989年发射的“伽利略”号探测器是人类首个专门用于探测木星的探测器。它于1995年12月抵达木星环绕轨道，对木星开展了近8年的研究，最终坠入木星大气层焚毁。
“‘伽利略’环绕木星飞行了34圈，对木星的大气层进行了测量，发现了木星卫星地下液态盐水的存在证据，并观测到木星卫星上大规模的火山爆发。”秦瑞强认为，“伽利略”获得了大量有关木星的探测数据，为后来者“朱诺”奠定了良好的基础。因此，“朱诺”自启程前往木星，便被人们寄予厚望。
揭开木星的真正面目
“探测器取名‘朱诺’，其实很有讲究。因为木星在拉丁文中名字叫‘朱庇特’，古罗马神话中，‘朱庇特’生性顽劣，只有他的妻子‘朱诺’女神能够看破云层，揭示他的真正面目。美国航天局将木星探测器取名‘朱诺’，正是希望它拨开木星云层，揭示木星和太阳系形成的奥秘。”秦瑞强告诉记者。
今年7月5日11时18分，“朱诺”号木星探测器点燃主引擎，执行“木星轨道嵌入”动作。35分钟后，“朱诺”速度降至每秒542米，成功被木星引力捕获，最终将自己推入木星轨道。
“成功进入木星轨道，标志着‘朱诺’度过了升空1796天以来最严峻的考验和生死攸关的一刻。”秦瑞强说，而最令人惊讶的是，探测器在飞行了5年后，抵达目的地的确切时间仅与当初预估的相差约1秒。
据了解，“朱诺”之所以能精准抵达目的地，主要依赖于几个重要工具，其中，4个行星追踪器是关键。这些追踪器外观类似摄像机，能够扫描和识别“朱诺”周边的行星。此外，内建的星际坐标系统也能实时指导“朱诺”前往正确的方向。在地球另一端，西班牙、澳大利亚和美国加利福尼亚分别建有三座大型的无线电接收站，这些站点能够接收“朱诺”发出的信号，以实时追踪其位置和速度。
未来20个月内，“朱诺”将绕木星飞行37圈，用搭载的9台探测设备分别探测木星内部结构、大气成分、大气对流状况、磁场等，所获信息将通过高增益天线发回地球。“通过‘朱诺’，我们可以调查木星巨大的辐射带，可以深入了解这颗行星的内部，还可以了解木星是如何诞生的，以及我们的整个太阳系是如何演化的。”美国航天局官员查尔斯·博尔登说。
“‘朱诺’是迄今为止运行轨道最接近木星的探测器，其绕木星轨道距离木星云层顶端最近处仅4100公里。”秦瑞强指出，科学家们相信，木星是太阳形成后第一个诞生的行星，但它究竟是如何形成的却仍是谜团。其中，一个关键的缺失数据就是在这个巨大的行星里面有多少水。“朱诺”将携带微波辐射计来测定木星大气中的水含量，如果水含量较大可能意味着木星最早形成于太阳系更边远的位置，随后才迁移到现在所在位置。
“检测水含量，将有助于人们了解整个太阳系是如何形成的。”秦瑞强说。
另外，科学家们目前还不能确定木星是否有一个由重元素组成的固体内核，还是完全由气体构成，“朱诺”将通过测量其磁场和引力场来研究这一问题。
此外，因为木星有非常厚的大气层，在这样的条件下，水的构成要素之一——氢会被压缩成一种称为“金属氢”的奇异形态，它可能是木星强大磁场的来源。由于这个强大的磁场和高能粒子相互作用，产生了太阳系中最明亮的极光。秦瑞强说，“朱诺”能直接对这些高能粒子进行取样，并通过紫外波段观测木星的极光现象。对这样一颗和地球迥然不同行星的极光现象进行深入研究，将帮助人类更好地理解极光现象产生的本质。
“朱诺”在每次靠近木星时将通过它的8个遥感设备和摄像机对木星的各个气层进行探测，探测数据包括气层的构成成分、温度、动向和其他相关属性。总之，木星是怎样组成的，木星上有多少水，木星表层之下是什么，木星是否有岩核，木星的磁性来源于哪里等等疑团，科学家们期待“朱诺”给出答案。
中国何时加入“木星俱乐部”
入轨后第六天，“朱诺”传回第一张照片，照片呈现了木星以及绕行木星的3颗卫星，而木星表面最著名的“大红斑”也清楚可见。前几天，“朱诺”到达木星轨道最远点，那里距离木星约800万公里。现在，“朱诺”正在返回，8月27日，它将飞抵近木点，其携带的科学仪器已做好近距离探测木星的准备。
“‘朱诺’面临的考验还远远没有结束。因为木星有非常强大的磁场，并在其周围形成一个强大的辐射带，探测器进入这个辐射带，其中的电子元件就会受到损害。”秦瑞强分析说。
如何躲避木星的强大辐射？
对此，研究人员称，他们给“朱诺”的一些关键设备装上了钛材料的防辐射罩，该装置大小相当于一辆SUV，如同一件盔甲，将“朱诺”的中央控制系统、数据处理设备等20个重要的电子设备严严实实地罩在里面，使其免受辐射影响。
此外，秦瑞强表示，在过去所有距离远于火星的探测任务中，探测器都采用了核电源，而“朱诺”仍使用了太阳能，主要原因是要降低成本、缩短研制周期，同时也为了更加环保。因为按照计划，“朱诺”围绕木星运行20个月以后将撞向木星，如果用核能，有可能对蕴藏生命的木星卫星造成污染。
据悉，“朱诺”的考察任务预计在2018年2月20日结束。秦瑞强说，“朱诺”最终的命运是坠入木星大气层烧毁，而如何在设备逐渐老化的状况下完成预定任务，也是此次木星探测中的巨大挑战。
鉴于探测木星意义重大，我国科学家在已经出版的《2016-2030年空间科学规划研究报告》中，也提出了木星系统探测计划。该计划的科学目标包括研究木星磁层结构，木星卫星——木卫二大气模型，木卫二表面冰层形貌及厚度，金星、地球、木星间的太阳风结构。同时，计划中还提出对地球生命的地外生存状态及演变特性进行研究，指出要开展木星系统探测器在行星际飞行期间，以及木星系统探测期间的微型遥测遥控生物试验，观测并研究地球生命在不同空间段的生命状态、适应性反应及变化过程。
“希望在时机成熟后，这项计划能早日实施。”秦瑞强说。