Question

什么是“伽利略”号木星探测器？

Answer 1

1989年10月18日，美国宇航局用“亚特兰蒂斯”号航天飞机将“伽利略”号木星探测器送入轨道，这是美国宇航局第一个直接专用探测木星的航天器。

“亚特兰蒂斯”号航天飞机示意图

资料显示，“伽利略”木星探测计划始于1978年，而最初计划则始于1982年1月发射，后来因为经费不足、飞行设计修改和航天飞机发射失败等原因而先后9次变动计划，致使发射一再推迟。

“伽利略”号探测器示意图

资料显示，“伽利略”号探测器呈不规则长形体，总重约2717千克，由木星轨道器和再入器两部分组成。后在到达木星前约150天时，两者分离，轨道器环绕木星运行探测；再入器深入木星大气层考察。

该探测器的轨道器是由美国的喷气推进实转室设计、制造和操作的，其总重为2378千克，在正常的情况下以3.15转／分自旋稳定。其中的主要设备为：

（1）推进舱，包括一个机动推力器和一个单一入轨推力器，与推进剂一起共重约1185千克。

（2）2台放射性同位素热电偶发电机，可提供0～480瓦的电力。

（3）一个约5米直径的高增益地球通信天线，用S和Ｘ波段与地球通信，定向精度为0.1度。

此外，轨道器上还装有很多精密的探测仪器，主要包括：

（1）CCD摄像机，发回的照片清晰度比“旅行者”探测器的高20～1000倍，可分辨出木星卫星表面30～50米范围的细节。

（2）近红外绘图分光计，可探测出氮、磷化氢、水、甲烷、锗等组分。

（3）紫外分光计，它能探测出氮、氢和氧等。

（4）光子偏振、辐射计，可以测量偏振光和光强度。

（5）磁强计、高能粒子检测仪、等离子体检测仪、等离子体波分系统（测量电场和磁场变化）、尘埃粒子检测仪和重离子计数器等，可用于对木星磁层等的研究。

而再入器是由美国宇航局的艾迈斯研究中心负责设计，休斯飞机公司制造的。其外形呈扁锥体，总重约339千克，其中仅防热壳就重达220千克。其上有2台1波段发射机，它能以128比特／秒的速率发送测量数据，经轨道器中继到地球。而再入器上的探测仪器有：大气结构检测仪，能测量木星大气的温度、压力等；中性质谱仪，可测定木星大气组分；氦分量检测仪，用于测定木星大气中的氦气含量；测云计、纯流量辐射计以及光和射电检测仪等。

“伽利略”号的旅程并不幸运。为了进入预期的轨道，科学家们在地面指令太空船先进入金星的轨道，再借助引力来加速，再两度折回地球加速，然后前往木星。所以这使得原本预定2年半的旅程变成了6年。但时间不会白白浪费的，“伽利略”号利用增加了的旅程，对月球的光面和暗面的地表化学物质作出了比较，而且还对地球南极的臭氧层作出了大气观测。但在最后一次离开地球之前，问题却再度出现。“伽利略”号的主天线高增益天线被发现不能准确打开。高增益天线作为“伽利略”号和地球联络的主要工具，它的出错势必会造成严重的后果。本来“伽利略”号能每数分钟往地球发回一张照片，故障发生后变成了数周一张。幸而计算机技术的发展对此作出了弥补，数据能通过压缩再传送，这使得照片的传送时间减少为数小时。

在“伽利略”号掠过小行星带时，“伽利略”号对小行星951和小行星243（Ida）做出了精密观测，发现Ida的卫星，并命名为Dactyl。在1994年的彗星撞木星天文奇观中，“伽利略”号观测了舒梅克·利维九号彗星的碎片撞入木星的过程。

然而，在到达木星的2个月前，另一个问题发生了。“伽利略”号的磁带记录器发生了故障。而磁带记录器的主要任务是，记录“伽利略”号上各种仪器所探测到的结果，并在适当的时候发回地球。所以说，在主天线发生故障之后，磁带记录器的作用就显得非常重要了。为了对磁带记录器作出调整，“伽利略”号放弃了原本探测木卫1的计划。

“伽利略”号带有一个探测器，而该探测器的任务就是冲入木星的大气，并在燃烧殆尽前，尽可能多地发回数据。这是个艰难的任务，因为与木星大气摩擦将产生高达华氏21000度的高温。在打开降落伞减速之后，探测器将与抵挡高温的挡热板脱离，独自承受木星的风暴、高温和巨大的压力。在1995年12月7日，探测器进入了木星的大气，成功地发回了信号，并在降落了57分钟之后，被木星发出的热力烧毁。但这57分钟内却大大地增加了我们对木星的大气和气候的了解。

在某种意义上讲，“伽利略”号对研究木星的卫星也作出了很大的贡献。在“伽利略”号到达木星之前，人们一共发现了16颗木星的卫星。“伽利略”号到达后又发现了多个卫星。

由于受到辐射的破坏，“伽利略”号的摄影装置于2002年1月17日停止运作。工程师由于能够修复磁带的资料，因此它能在坠毁以前继续传送资料回地球。

从美国“伽利略”号探测器传回的资料表明，在木卫2的表层下可能有海洋。这一新证据再次为科学家们早先根据资料作出的“木卫2上有水”的假设添加了重量级砝码，并引起了生物学家对木卫2上是否存在生命的争论。

在随后的日子里，“伽利略”号探测器在距木卫2上空351千米的地方飞掠而过。令科学家感到震惊的是，木卫2地磁北极点的地理位置在变化，并且移动得很频繁，几乎每5个半小时就移动一定距离。

与此同时，这个结果也让许多科学家感到困惑：究竟是什么力量驱使木卫2的地磁北极点不断运动呢？“我认为这些发现告诉我们，在木卫2的地表之下有一个液体水层。”空间科学家玛格丽特·基维尔森说。事实上，按照科学家的解释，如果在木卫2的地表之下有一个液体传导层——诸如盐水层——那将可以最为完满地解释磁性极点的不断变迁。

“伽利略”号探测器在结束预期任务后，已于在美国东部时间2003年9月21日纵身“跳”入木星大气层，以一种近乎自杀的方式使自己焚毁，为长达14年的太空之旅画上了句号。

在1995年12月飞抵环木星轨道后的7年多时间内，它创造的纪录有：绕木星运行34周，与木星主要卫星35次相遇，发回包括1.4万张照片在内的3万兆比特数据，在木星的3颗卫星上发现了地下液态盐水存在的证据，第一次从轨道上对木星系统进行了完整考察，第一次对木星大气进行了直接测量。

美国宇航局原打算让“伽利略”号在环木星轨道上运行下去，但探测器有关木卫2上可能存在海洋的发现使专家们改变了想法。

知识点

木星环

木星环是指围绕在木星周围的行星环系统。它是太阳系第三个被发现的行星环系统，第一个和第二个分别是土星环及天王星环。光环是木星环中最内部及最厚的。它的外部边界与主环内部边界在半径122500千米(1.72RJ)重叠。由此半径开始光环向木星快速增厚。光环的实际纵向伸延不明但其物质可以在距环面高度高至10000千米侦测到。光环的内部边界十分清晰并位于半径100000千米(1.4RJ)处，但部分物质被发现在92000千米的更深入地区。所以光环的阔度约为30000千米。

木星环首次被观测到是在1979年，木星环在25年来亦可以由哈勃太空望远镜及地球观察。在地上需要现存最大的望远镜才能够进行木星环的观察。