在古老的神话中,罗马神朱庇特用一层云纱来掩盖他欺骗妻子朱诺的恶作剧。NASA 的朱诺号探测器花了三年时间,探究我们这位同样神秘而遥远的行星邻居——木星——云层之下的情况。但最近,朱诺号与另一颗天体近距离接触了。
朱诺号最初的任务是了解木星的形成、磁场以及其表面云层下的成分。但在其延期任务中,它的探索范围远远超出了这些。6 月 7 日星期一,探测器飞掠了木星最大的卫星——太阳系中最大的卫星木卫三,拍摄了几张快速但标志性的图像,并近距离测量了这颗卫星的磁场,距离仅 600 多英里。
负责朱诺号任务的科学家团队才刚刚开始分析数据,该任务的负责人、西南研究所(Southwestern Research Institute)的太空科学家斯科特·博尔顿(Scott Bolton)说。但他们已经发布了两张近景照片,详细展示了这颗冰卫星布满陨石坑和崎岖不平的表面。
这次飞掠是我们 20 年前伽利略号(Galileo mission)任务以来,对木卫三进行的最近距离观察。其中一张照片由该探测器的标志性相机 JunoCam 拍摄,另一张则由一个导航相机拍摄,该相机通过巧妙的使用,还能够测量木星卫星附近的辐射水平。当相机拍照时,带电粒子会撞击其传感器,在图像上留下小点、弯曲的线条或条纹,科学家可以利用这些来估算辐射水平。
密歇根大学(University of Michigan)研究木星卫星和行星磁场的空间物理学家、未参与朱诺号任务的先哲·贾(Xianzhe Jia)说,使用导航相机进行这种测量“是我感到惊讶的方面之一”。他说,正如俗话所说,“一个仪器的噪音就是另一个仪器的信号。”
博尔顿说,这是朱诺号团队从探测器上榨取每一分科学数据的理念的一部分。“我们查看每一个工程传感器,然后想,‘我们能用它来做什么科学研究?’它能为我们提供某种数据。”例如,当相机意外捕捉到尘埃粒子撞击朱诺号太阳能电池板的现象时,这些“意外”数据帮助科学家们对黄道光和内太阳系的尘埃云有了新的认识。
朱诺号团队还使用了一种称为“无线电掩食”的方法。但别担心,这与撒旦教仪式无关。相反,它测量的是这颗卫星的电离层,这是其稀薄大气层的一部分,在该层中,辐射会将气体分子中的电子剥离。为了做到这一点,朱诺号在位于卫星大气层后面时向地球发送一个信号,使其穿过木卫三的电离层,然后到达澳大利亚堪培拉的一个地面接收器。
贾说,电离层中的带电粒子会扰动信号的频率,从而使团队能够通过一种“逆向工程”的方式,了解导致干扰的磁场。贾说,这种技术很常见,“但它高度依赖于飞掠时的几何构型。”要奏效,物体需要完美对齐,探测器、磁层和地球之间需要有直线路径。
贾说,木卫三周围的磁环境尤其有趣,因为它是一个位于大型磁场内的微型磁场——木卫三的磁场被包裹在木星的磁场内部。他说,这使其成为研究等离子体物理学的天然实验室。
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关于木卫三,还有许多其他未解之谜。例如,图像显示其表面冰面上划过一些线——我们不确定是什么原因造成的。博尔顿说,构造断层可能是造成这些特征的原因,也可能是其他某种过程。他说,据我们所知,它们可能仍在形成。
博尔顿对朱诺号在飞掠期间捕获的微波测量数据最感兴趣,这些数据将使用六种不同的波长绘制木卫三表面的地图。“这将是第一张详细的冰层地图,”博尔顿说。
博尔顿说,微波读数可以告诉我们“冰的成分、冰的温度,可能还有冰的厚度。”团队将比较月球表面明暗区域、陨石坑以及那些神秘构造线之间的读数。
博尔顿说,很快,团队将分享更多来自飞掠的照片,而好奇的人们可以下载并自己玩弄JunoCam 的原始图像。他期待看到社区对这些图像的研究成果。
朱诺号的飞掠也为另外两项探索木星卫星的任务奠定了基础。NASA 的欧罗巴快船任务(Clipper mission)将目标锁定在木卫二(Europa)上,而欧洲空间局的JUICE(木星冰卫星探测器)将研究木卫三、木卫四(Callisto)和木卫二。博尔顿说,朱诺号的数据将帮助这两个团队规划他们的任务,而且由于每个任务携带的传感器不同,“我们也实现了互补。”