“伽利略”号的木星之旅

木星 · 2016-10-31 15:04:34

任何人为亲密相处十几年的老朋友送别时，都会无限伤感。但是，当人类告别“伽利略”号探测器时，除了伤感之外，更多的是骄傲和自豪！ 　　1989年10月18日，美国“阿特兰蒂斯”号航天飞机在飞行途中把“伽利略”号探测器施放向太空。它是迄今为止世界上结构和性能最复杂、技术最先进的星际探测器，其主要使命是探索木星大气和磁场的奥秘，观测木星的几个主要卫星。　　　　“伽利略”号简介 　　美国航空航天局（NASA）的“伽利略”号探测器是美国、德国等六国科学家集体智慧的结晶。它的重量为2718公斤，价值14亿美元，由子探测器和轨道器两部分组成。子探测器载有6个测量仪器，用于测量大气的温度、压力、气体成分、云层高度以及大气中的能量输送、发光及放电现象。轨道器由自转部分和非自转部分组成。在自转部分安装的磁强计、等离子体探测器等7种仪器用于研究木星的磁场，非自转部分则利用分辨率极高的相机对木星及其主要卫星的表面进行拍照。 　　　　起飞计划多波折 　　“伽利略”号探测器走向太空的过程可谓一波三折。最初，NASA计划于1982年1月将它发射升空，后因改变飞行计划，推迟到1986年5月。1986年1月28日，“挑战者”号航天飞机升空爆炸，使“伽利略”号计划再度推迟。此后，由于经费原因，NASA改用推力较小的火箭。正是这一改变，“伽利略”号放弃了原来直飞木星的计划，而采取了独特的飞行路线，借助于金星和地球的重力加速。这样，它到达木星的时间也从原来的2年延长到6年。 　　1989年10月18日，“伽利略”号木星探测器离开“亚特兰蒂斯”号航天飞机后，首先飞向太阳。此后，按照预定路线，先于1990年2月掠过金星，再于同年12月和1992年12月两次掠过地球，以充分利用它们的引力来加速，然后才正式踏上飞往木星的征途。又经过3年的太空遨游，1995年12月7日，“伽利略”号才终于进入绕木星飞行的轨道。 　　　　超期服役近六载 　　“伽利略”号是NASA发射的最成功的太空探测器之一。其原设计寿命为8年，对木星及其卫星探测的时间仅2年。由于最初预定的任务完成得非常成功，1995年7月、1999年10月和2001年3月，NASA三次决定延长其探测使命。“伽利略”号共超期服役5年多，环绕太阳系木星飞行34次，31次接近木星的卫星，从发射到毁灭在太空中共飞行46亿多公里。虽然受到的辐射超过预想的3倍，但探测器主体仍然可以正常运作。2002年11月5日，在首次飞过距离木星最近的木卫五后，“伽利略”号完成了最后一项探测任务。此后，它一直围绕着木星的轨道飞行，直到2003美国时间9月21日下午4时左右坠毁于木星。 　　　　单枪匹马立战功 　　在长达14年的太空飞行中，“伽利略”号探测器向地面发回了大量的数据和图像，使科学家获得不少重要发现。其中最有价值的发现是，探测到木卫二的表层下可能存在着海洋，这让人类看到了外星生命存在的希望。但正是这一发现，决定了“伽利略”号探测器最后自毁的命运。 　　　　“伽利略”号木星之旅的主要成就还包括： 　　它是第一个取得木星大气层气样的地球探测器；最先对木星四个卫星的内部进行了探测；曾多次近距离飞过木星的卫星，向地面发回了极其宝贵的数据和图片，其中包括雷雨到来之前出现在木星大气层中的巨大的雷暴云图像，这场雷暴的闪电发出的光比地球上最强的闪电光还要强100倍。 　　除了对木星及其主要卫星进行观测外，“伽利略”号在飞往木星的途中，还顺访了许多天体，向地球送回了许多宝贵的信息。1991年10月经过小行星加斯普拉旁约16000千米处，获得了世界上第一张近距离的小行星图片；1993年8月经过小行星艾达旁约2400千米处，首次拍到小行星的特写镜头，并发现艾达周围有卫星环绕；1994年还观测了苏梅克·利维彗星撞击木星的情况。 　　　　曾经勇闯火山云 　　木卫一是太阳系中最独特的一个卫星，它是太阳系中除地球之外唯一存在活火山的天体。“伽利略”号在对它进行多次近距离观测时，经历了两次“生与死”的考验！ 　　早在1979年，“旅行者”号探测器就发现木卫一表面有火山喷发和大量熔岩流动，其喷发物以每秒1000米的速度被抛出，抛射高度达400千米。1996年6月，“伽利略”号首次对木卫一进行观测时发现，其表面与17年前相比有了很大变化。1999年7月3日，“伽利略”号再次观测木卫一时，又发现了许多新的火山活动迹象。 　　1999年10月10日，“伽利略”号对木卫一进行了一次最具冒险性的探测：它来到距离木卫一仅仅670千米处，近距离拍摄到了火山活动的情况。木卫一离木星的平均距离只有42万千米左右，“伽利略”号在复杂的引力源和强大的辐射带之中穿行，掠过木卫一。而1979年“旅行者”号从距木卫一20000千米处穿过时，计算机系统受到木星辐射带中高能粒子的严重影响，造成停机8分钟，并引起计时误差。这次“伽利略”号最终有惊无险，发回了高度清晰而壮观的图片。 　　2002年1月17日，“伽利略”号在飞经木卫一的火山口表面63英里高处时，由于木星产生的巨大辐射，导致了内部计算机系统重启，探测器上的摄像机和其他一些科学仪器都自动关机。正当科学家们担心可能会过早地失去对“伽利略”号的控制时，一天之后，它又奇迹般从系统瘫痪中恢复，并近距离拍摄了迄今为止清晰度最高的木星卫星表面图像。 　　　　惊奇发现大冰山 　　通过多次近距离观测，发现木卫一是太阳系里最活跃的天体，其火山爆发达一百多次，喷发出的火山烟柱高耸入云，到处布满了岩浆湖；在木卫二上，“伽利略”号探测器记录到一次巨大的火山爆发，几个月之内，火山喷发出的岩浆扩散的面积有美国亚利桑那州那样大；在木卫三上，探测器意外地发现了一个磁场，这是人类发现具有磁场的第一颗木星卫星，其磁场比水星的磁场还要大；在木卫四上，环形山比人们想象的要少得多，其表面上有一条由25个直径十几千米的环形山一个扣一个连成的大锁链，在这些大环形山里面还可以看到小环形山的凸起…… 　　“伽利略”号拍摄的最详细的图片揭示，木卫二上存在的冰山很可能是由看不见的水流流动和旋转形成的，这为科学家们认为存在暗海的推测提供了证据。这一发现是“伽利略”号的最有价值的探测成果，使木卫二成为太阳系中继火星之后第二颗可能有生命形式存在、值得进一步进行探测的星球。 　　　　联合探测显身手 　　2002年1月，“伽利略”号和“卡西尼”号土星探测器在木星附近会师，首次对木星进行了联合探测。这是人类第一次利用两个探测器同时对地球以外的一颗行星进行探测。 　　当“卡西尼”号探测器经过木星附近时，木星磁场顶层恰好接近探测器，而数百万千米外的“伽利略”号也处于磁场边界附近。与此同时，正在太空中工作的“哈勃”太空望远镜、钱德拉X射线观测卫星以及地面上的射电望远镜也相互配合，并在不同波段记录了太阳风对木星磁场的影响。 　　科学家通过分析两个探测器发回的数据，发现木星拥有太阳系行星中范围最大、强度最高的磁场，其磁场直径是木星直径的100倍以上；在太阳发出的带电粒子流———太阳风的作用下，木星磁场的形状会发生变化。 　　　　“就义”之前再闪光 　　2002年11月5日，“伽利略”号飞越木卫五的上空，完成了对木星高辐射内磁气圈的探测活动。这是它首次飞过距离木星最近的卫星木卫五，也是最后一次完成探测任务。在这次飞行中，“伽利略”号进入了木星最强烈的辐射环境，在距离木卫五159千米处掠过，并于30分钟后自动关闭了探测器。 　　在对这次探测活动传回的数据进行研究后，NASA于2003年4月9日向外界宣布，在木卫五附近意外地发现了7至9颗大石块。此外，科学家认为，“伽利略”号所采集到的数据将有助于更深入地揭示木星内磁气圈的“秘密”；研究木星“神秘”的光环可以帮助解释木星为何没有能够成为恒星，也将有助于工程技术人员设计出功能更为强大的探测飞船。 　　这次探测任务完成时，“伽利略”号上的推进剂几乎已经耗尽，即使只是让天线指向地球和控制宇宙飞船飞行路径都有困难，真可谓是“鞠躬尽瘁”。 　　　　融入木星化为尘 　　多少年来，人类倾注了无穷心血，一直在太空中寻找可能存在的生命。“伽利略”号发现木卫二上存在大量水分，进一步点燃了科学家探索生命的起源和演化、寻找地外生命的巨大热情。因此，确保木卫二不被污染，便成了“伽利略”号“舍身就义”的充足理由。 　　人造卫星与其他星球相撞早有先例，但为保护其他星球环境而摧毁探测器，在人类史上还是首次。因此，NASA专门负责“伽利略”号的主管艾琳·泰莉格不无动情地说，“伽利略”号的表现大大超出了我们的预期。想到和它说再见的时刻，我还真有些伤感。”而“伽利略”项目负责人克劳迪亚谈到即将撞毁的探测器，眼里便闪出激动的泪花。但她仍然认为，让伽利略号探测器坠毁是一个正确的选择。 　　也许，整个人类社会都会为“伽利略”号的离去而伤感。但是，当我们在未来回顾人类探索太空的历程时，又有谁能忘记“伽利略”号的巨大贡献呢？（郑焕斌）　　来源：科技日报

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