木星是太阳系中离太阳第五个远的行星，同时也是太阳系中最大的行星。木星的质量甚至比其他所有行星的总和还要大两倍。虽然木星自古以来就广为人知，但是人类对这个巨行星的真正认识始于1610年伽利略·伽利莱（Galileo Galilei）使用小型望远镜对其进行的首次详细观测。 从此以来，人类对木星的研究正式拉开了序幕。

70年代，NASA发射的先驱者10号和11号以及旅行者1号和2号先后飞过了木星。后来的伽利略号更是成为了第一次进入木星轨道的人造飞行器。再后来的卡西尼号在前往邻近土星的途中拍摄了木星的详细照片，而新视野号在去往冥王星和柯伊伯带时途中也是如此。最新一代的朱诺号航天器于2016年7月到达木星，目前正在从轨道上研究这颗巨行星。

下面我们将从比较有代表性的伽利略号以及朱诺号探测器入手，进一步介绍NASA的木星探测任务的过去以及现状。

伽利略号木星探测器

1.伽利略号介绍

伽利略号（Galileo）木星探测器，于1989年10月18日从美国佛罗里达州肯尼迪航天中心发射。经过14年的探测活动，于2003年9月21日，以48.2 km/s的速度冲进里的木星大气层并被烧毁^[1]。前期主要任务包括为期23个月的，绕木星系统11个轨道，包括10次近距离观测木星的卫星。在1997年底完成主要任务以后，又进行了三次扩展探测以完成绕24个轨道，并对木星的所有四颗卫星进行近距离观测^[2]。

伽利略号是第一个用下降探测器直接测量木星大气的航天器，也是第一个从围绕木星的轨道上对木星系统进行长期观测的航天器。它在木卫二、木卫三和木卫四上发现了地下液态盐水层的证据，并记录了木卫一上异常剧烈的火山活动。在星际巡航期间，伽利略成为第一个近距离飞掠小行星，并发现了小行星的卫星的航天器^[3]。

伽利略号在长达14年，4次探测任务中获得了很多科学研究成果。包括：发现木卫二，木卫三，木卫四都有可能存在由液态盐水层，并且木卫二的冰层表面之下液态海洋可能还要比地球的水资源总量还多；发现了第一颗小行星的卫星；发现木卫三是已知的第一颗拥有磁场的卫星；发现了木星上的雷暴要远强于地球上；发现了木星大气中的元素丰度于太阳上的略有不同；发现了木卫一的火山活动强度甚至比地球上的要强100倍，火山喷发的热度和频率与早起地球相似；发现了木卫二、木卫三、木卫四有非常稀薄的大气层；发现了木星环系统是由星际流星体撞击木星内的四个小卫星时溅出的尘埃形成的，并且最外面两个环是一个环嵌入另一个形成的^[3]。

2.主要的科学发现

2.1木星的风暴与木星环

利用从伽利略探测器进入木星大气层的数据，伽利略发现木星的雷暴比地球大许多倍。这些暴风是由于顶层的水垂直循环而产生的，留下了大片地区，那里的空气下降并变得干燥，就像撒哈拉沙漠，以及其他地区的水上升形成了雷暴。虽然单独的闪电出现的频率低于地球，但它们的威力是地球上闪电的1000倍^[2]。

伽利略还发现，木星环是由小尘埃颗粒组成的，这些小尘埃颗粒是由于流星体的撞击而从木星最内侧的四个卫星表面喷发出来的。

2.2木卫一的热活火山

木卫一的火山是旅行者1号在1979年首次发现的，现在被认为是太阳系中最活跃的天体。它们是由固体表面328英尺(100米)的潮汐造成的。通过使用伽利略的仪器测量木卫一的温度，科学家现在知道，木卫一的一些火山比地球上的还要热。据此，科学家推测，由富含镁的硅酸盐物质构成的熔岩从木卫一的地表下喷发出来。

2.3木卫二上的海洋

木卫二拥有的水量比地球上的总水量还多，似乎在其冰裂和冰冻的表面下有一个咸水海洋。伽利略号的图像显示，城市大小的冰“筏”似乎已经断裂并漂离，冰冻的“水坑”填平了旧裂缝，较热的物质从底下涌上并使表面起泡，使蒸发性盐暴露出来。陨石坑的显著减少表明表面相对年轻。木卫二有非常稀薄的氧气大气层和电离层。

有证据支持木卫二冰面下存在液态海洋的理论。在一些地方，曾经完整的可识别特征被新的光滑的冰分开了。这些区域表明，当更古老的特征被分离时，它们在液态水中漂浮了一段时间，就像漂浮在地球极地的冰山一样。科学家们认为，这些水后来冻结成固体，形成了“冰筏”，类似于在地球极地看到的规模较小的一些冰筏。还有火山冰流的迹象，液态水从木卫二的火山中流出。木卫二上有纵横交错的断层和山脊，有大片地壳分离和移动的区域。断层是卫星外壳的断裂，在那里地壳的两边都发生了移动。山脊表明地壳的部分也发生了移动。

2.4木卫三的磁场

木卫三会产生磁场，就像地球一样。事实上，木卫三是已知的第一颗拥有固有磁场的行星，尽管木星的其他卫星都有由木星自身的强磁场引起的二次磁场。木卫三的磁层——由其周围磁场产生的小磁“泡泡”，木星的磁场更强大——实际上比水星的磁层要大一些，水星的大小与木卫三类似。在靠近木卫三的磁场线上，似乎还有一个类似于地球V -阿伦辐射带的微型辐射带被困住了。木卫三内部磁场的发现对地球和其他天体上行星磁场如何产生的理论模型提出了挑战。

2.5木卫四上的海洋

有证据表明木卫四上存在地下海洋。海洋在卫星内部必须足够深，以至于不会影响陷坑的表面。相反，海洋可能会通过其产生的磁场间接显示自己，这可能是由于木星的强磁场穿过它而在咸海中产生的电流所致。

朱诺号木星探测器

1朱诺号的简介

“朱诺”探测器是NASA“新疆域计划”的第2个探测器，它于2011年8月5日由宇宙神-5运载火箭发射，是NASA继“伽利略” 号后的第二个木星探测器，它采用了先进的太阳能电池阵技术，是在深空探测器中首个使用太阳能电池阵的探测器，也是深空探测史上飞行距离最远的采用太阳电池阵的探测器。此外，为了针对木星严苛的辐射环境，“朱诺”还首次采用了电子元器件辐射防护装置。2016年7月4日, “朱诺号”木星探测器在历经5年时间, 飞行了28亿千米之后, 终于到达了木星轨道，朱诺号成功到达木星轨道，标志着它正式成为木星的一颗卫星，开始对木星进行探测。

尽管“朱诺号”上没有航天员，但是它搭载着三个铝制的乐高迷你人偶，它们分别是罗马主神朱庇待、神后朱诺以及著名的天文学家伽利略。除了罗马主神朱底特和神后朱诺，还有伽利略，他在1610年成为第一个通过望远镜观察木星的探索者。不过，伽利路只能通过望远镜来观测木星，而NASA现在却能通过“朱诺号”来近距离地探索木星。

迄今为止，已经有多个空间探测器飞向或者接近了木星及其卫星，包括“先驱者”10号和11号、“旅行者”1号和2号，此外还有“伽利略“尤利西斯“新视野”空间探测器。其中，“伽利略”是真正意义上的第一个木星探测器，其他探测器则是走马观花看木星。美国科学家寄希望于“朱诺号”揭开木星云层覆盖下的秘密，进一步研究木星的起源和进化，并且为太阳系早期历史研究提供重要资料^[4-7]。

2朱诺号的主要探测目标

在罗马神话中，朱庇特和朱诺是一对夫妻，科学家们将探测器命名为“朱诺号”，和这个神话有关。美国国家航空航天局（下文简称NASA）希望通过“朱诺号”来揭开木星的神秘面纱。木星上不仅有宇亩中常见的氢、氦两种元素，还存在少量碳、磷等元素，这些都是构成生命的重要元素。“朱诺号”与木星的距离比之前的任何一个航天器都要近，其灵敏的传感器可以穿过木星的云层和翻滚的风暴看到木星深处的秘密。如此近距离的接触可以使“朱诺号”了解关于木星的引力、磁场和水资源的信息，了解木星是如何形成的，以及木星由内而外是如何运作的。总结来说朱诺号本次探测木星主要有两个主要的目标，首先是揭示木星的形成和演变过程，这是一个极为复杂和庞大的工作；其次探测器在大椭圆极轨上运动，这将有助于探测木星的引力场和磁场以及研究木星大气动力学和组成。探索木星内部结构、大气和磁层的情况，对木星的探测将其作为巨行星的原型理解木星的起源和演变，有助于理解太阳系和其他恒星周围的行星系统的起源，了解太阳系的历史，并提供有关行星系统如何在我们的银河系及其他范围内形成和发展的新见解。

3.朱诺号探测木星的科学发现

从朱诺号从2016年7月4日正式开始探测木星，就取得了一系列的科学发现，而这些科学发现告示在NASA Scinece的木星探测部分展示给读者，下文选取部分比较重要的成果展开介绍。

3.1朱诺启用导航仪发现木星旋风

2019年11月4日拍摄的这张木星南极红外图像的右下方^[5]，可以看到一个新的更小的旋风。木星的南极有一个新的气旋。朱诺（Juno）航天器在最近一次数据收集飞越木星的过程中于2019年11月3日发现了巨大的木星风暴。这第22次飞掠期间在气体巨太阳能收集的宇宙飞船科学数据，本次探测飞升了大约3,500千米，飞越也标志着任务团队的胜利，本次飞行的创新措施使太阳能航天器摆脱可能导致任务结束的日食的问题。

3.2 木星“盛大灯光秀”

尽管木星世界的直径比地球大10倍，但两个行星的极光都非常相似。研究人员发现黎明风暴是在气态巨行星的夜晚的部分上诞生的。随着行星旋转，即将到来的黎明风暴也随之旋转到白天，这些复杂而强烈明亮的极光特征变得更加发光，向太空发射数百至数千GW的紫外线。对其亮度的测量表明，黎明风暴向木星的高层大气中倾泻的能量至少是地球上典型极光的十倍。效果图如下，这些巨大短暂的光显示出现在木星的两个极点上，而以前仅由地面和绕地球运行的天文望远镜观测到（哈勃太空望远镜）。

3.3 朱诺发现木星磁场的变化

NASA对木星的朱诺（Juno）任务是世界范围内首次确定的内部磁场，该磁场会随时间变化，这种现象称为长期变化。而这种长期变化很可能是由地球深层的大气风驱动的。这一发现将帮助科学家进一步了解木星的内部结构以及地球磁场的变化[7-8]。

参考文献:

[1]伽利略木星探测器“自焚” [J]. 中国航天, 2003, 12): 40.

[2]Galileo Mission to Jupiter [M]//NASA. Pasadena; Jet Propulsion Laboratory.

[3]NASA SCIENCE 木星探测 [M].

[4]美国“朱诺”飞船镜头下的木星 [J]. 军事文摘, 2020, (08): 30-1.

[5]美国航空航天局批准“朱诺”任务延长3年 [J]. 中国航天, 2018, (07): 72.

[6]魏强, 胡永云. 木星大气探测综述 [J]. 大气科学, 2018, 42(04): 890-901.

[7]CROCKETT C, 王麒. 异常怪异的木星磁场 [J]. 中国科技教育, 2018, (10): 65.

[8]  NASA SCIENCE 木星探测