大气磅礴的行星——聚焦木星探测

□ 本刊记者 何绍改

木星是太阳系八大行星中最大的一颗行星，早就被天文学家所关注，上世纪70年代之后已多次发射探测器对它进行探测。

据称，2011年8月，美国将再次向木星发射一个探测器。这将进一步引起人们对这颗巨行星的关注和探究。

木星的王者之尊

木星在中国古代被称为岁星，在古罗马被称为朱比特，是众神之神，相当于古希腊神话中的宙斯。

木星离太阳的平均距离为7.78亿公里，是地球离太阳的5倍，离地球的最近距离约6亿公里。按八大行星离太阳的距离由近及远排序，木星排第五。

木星在一个椭圆轨道上围绕太阳运行，轨道的近日点比远日点离太阳近7480万公里。木星绕太阳一圈的时间约12年，赤道部分自转一周只需9小时50分30秒, 是太阳系自转最快的行星。

木星是一颗液态行星，没有固体表面，其赤道半径为7.14万公里，为地球的11.2倍；质量是太阳系所有其他行星总质量的两倍半，是地球的318倍，体积是地球的1321倍。

木星内部有木星核与木星幔。木星核是固体,主要由铁和硅构成，相当于10－15个地球的质量，其温度可达3万摄氏度。木星幔主要由氢和氦组成。木星的表面温度一般只有零下148摄氏度左右。

木星有浓密的大气层，主要成分是氢，占80%以上；其次是氦，约占18%；其余还有甲烷、氨、碳、氧和水汽等，总含量不足1%。大气中充满稠密活跃的云系，各种颜色的云层像波浪一样激烈翻腾，时有闪电和雷暴。

木星云层中最壮观的是大红斑。1610年，伽利略就发现木星上有一个大红斑，位于木星赤道南侧。400年来，大红斑的形状几乎没变，从东到西有4万公里，从北到南有1．3万公里，面积约4．5亿平方公里，可以吞没3个地球。

木星内部有热源，所释放的能量是从太阳所获得能量的两倍。太阳之所以不断放射出大量的光和热，是因为其内部不断进行核聚变反应。木星是一个巨大的液态氢星球，本身具备了无法比拟的天然核燃料，还具备了相当高的温度和压力，只是体积只有太阳的千分之一，还不能像太阳那样发生核聚变反应。

木星有较强的磁场，表面磁场强度是地球的14倍。和地球一样，木星磁场也是偶极的，但正磁极指的是南极，与地球正好相反。由于木星磁场与太阳风的相互作用形成木星的磁层，在距离木星140万-700万公里之间的巨大空间都是木星的磁层。

木星的卫星之众

在太阳系八大行星中，木星不仅体积、质量有王者之尊，其卫星群也相当可观。到目前为止，已经发现木星的卫星多达63个，是太阳系所有行星中卫星数量最多的。

最先用天文望远镜发现木星卫星的是伽利略。他在1610年前后用自制的天文望远镜陆续发现木卫一、木卫二、木卫三和木卫四等四个木星卫星，这四个卫星被称为伽利略卫星。

木星卫星的大小差别很大，有的半径达2000多公里，有的半径只有十几公里甚至几公里。不过，目前发现的所有卫星都与木星不一样，都是固体的。众多的卫星中有规则卫星，也有不规则卫星，有顺行卫星，也有逆行卫星。

木卫一是离木星最近的一个卫星，直径约3640公里，密度和大小都类似月球，但颜色特别鲜红，比火星还红，其最突出的特色是存在频繁的火山活动，目前已发现数百座火山，最大的有八九座。有的火山喷发的高度达70-300公里，喷发速度平均每秒1000米，比地球火山爆发的强度还大。

木卫二的体积比月球小一些，但密度和月球差不多，表面非常光滑。其最引人关注的是在表面可能覆盖着一层约50公里深的海洋，海洋上面又覆盖着一层约5公里厚的冰层，这些水相当于地球水的3倍，海洋中可能存在类似海豚一样的生命。木卫二是太阳系除地球外可能有大量水与生命存在的星球。

木卫三是木星的最大一个卫星，也是太阳系里最大一个卫星，其直径达5362公里，体积比水星还大，与火星差不多。木卫三表面呈黄色，可分为盖满冰层的明亮区和冰上堆积着岩质灰尘的黑暗区，并有几处横向错开的断层、互相平形的山脊与深沟，还有线状地形。这些线状地形互相重叠，显示出形成的年代不同。木卫三可能发生过类似地球的板块活动。

木星系被称为小太阳系，其起源和演化与太阳系相似，堪称太阳系巨行星的“原始模型”。探测木星对研究太阳系的形成和发展具有重要意义。

木星探测之旅

用探测器对木星进行探测是从上世纪70年代开始的，到目前为止，已发射6个探测器，其中5个是采用行星际漫游方式进行探测，一个是专用木星探测器。

最早对木星进行漫游式探测的是美国在1972年3月发射的“先驱者10号”探测器。这个探测器1973年12月与木星会合，探测到木星规模宏大的磁层，发现木星主要由液体和气体构成，传回300多幅木星云层和木星卫星的彩色图像。

美国在1973年4月发射的“先驱者11号”探测器，1974年12月到达木星，在离木星只有4.2万公里地方进行了探测，送回有关木星磁场、辐射带、重力、温度、大气结构以及4大卫星的大量信息，并飞越在地球上难以观测的木星北极地带。

从左至右依次为：木卫一、木卫二、木卫三、木卫四

1977年8月和9月，美国又相继发射了两个“旅行者号”探测器。“旅行者1号”于1979年3月飞临木星，探测了木星、4个伽利略卫星以及木卫五。“旅行者2号”在1979年7月飞临木星，拍摄到了木星大红斑照片，新发现了几个木星的卫星。

对木星探测最为成功的是“伽利略号”探测器。这个探测器是1989年10月由美国“亚特兰蒂斯号”航天飞机施放的，是世界上第一个木星专用探测器，也是迄今为止世界上技术最为先进的行星际探测器，由美国和德国联合发射。

“伽利略号”木星探测器的主要使命：一是探测木星的大气层，包括化学组成、同位素比例、垂直结构的轮廓图；大气层温度、压力轮廓图；木星云层的位置和结构；大气辐射能的平衡；木星闪电的出现频率及特征等。二是木星的卫星情况，提供木星系形成与演化的研究资料。三是了解木星磁层结构特征。

“伽利略号”探测器由轨道器和大气探测器两部分组成。探测器的轨道器在1995年7月到达木星轨道前150天，放出大气探测器。大气探测器以每秒48公里的速度进入木星大气层，表面压力高达14个大气压，表面温度高达780摄氏度。在打开降落伞徐徐下降的过程中展开了多种测量。随着高度的下降，大气压力和气温越来越高，最后高达20个大气压，球形探测器被大气压垮，探测被迫终止，整个工作历时1小时，进入木星大气层深处探测了大气中的成分和物理特性。

轨道器则沿着木星椭圆轨道执行探测任务。原定约2年的使命，但先后延长3次。从1995年12月飞抵环木星轨道，到2003年9月受控坠入木星大气层，先后展开了7年多时间的探测，创造了多项记录：绕木星运行35周，与木星主要卫星相遇35次，发回包括1.4万张照片在内的3万兆比特数据，第一次从轨道上对木星系统进行了完整的探测，第一次对木星大气进行了直接测量，第一次发现木卫二可能有海水与生命的证据，还第一次拍摄到一颗彗星猛烈撞击木星的壮观情景。

木星探测的未来

美国正筹备在2011年8月发射一个新型的木星探测器“朱诺号”，预计在2016年飞抵绕木星运行的轨道。设计将一个空间探测器置于木星极轨上，主要研究木星的岩石核、大气层、磁层及两极磁气圈。

美国还在研制一种可长时间在轨运行的新型核动力探测器——“木星冰卫轨道器”，命名为“普罗米修斯号”，主要探测木卫二、三、四等，发射时间大约在2012年之后。美国还在研究以群狼探测战术探测木卫二。美国计划建造一大批尺寸相当于硬币、厚度相当于纸板的微型探测器，编队发射到木卫二上进行探测。

欧空间也正与美国共同实施“木卫二-木星系任务”。俄罗斯也计划加入探测木卫二的行列。俄罗斯准备参与欧空局2015-2025年的一项木星探测计划，集中探测木卫二上的海水和生命。