[科普中國]-看朱諾借助地球“彈弓”奔向木星

5年前，它從地球出發(fā)，2年后，它又回來了，從地球偷了一顆“能量核”，這才壯膽踏上征程，向著太陽系那顆最危險、最巨大的行星飛去。今天，它到了。
它是誰？它是追求真理，能透過迷霧看見真相的朱諾號。

朱諾號木星探測器，2011年8月5日發(fā)射，2016年7月5號到達木星（本文部分圖片來源：NASA）

返回為何故
木星距離太陽平均7.78億公里，是地球與太陽距離的5.2倍。
要想去木星，還真是不容易，先要克服地球重力，逃出地球后還得繼續(xù)克服太陽引力，因為這是在做遠離太陽的飛行，到了木星周圍后還得減速。
算起來，這一路需要的燃料實在是太多了!幸好，太陽系有不少“彈弓”，而地球就是其中之一。
朱諾號飛出地球兩年后，于2013年10月再次返回，目的是讓地球這把“彈弓”狠狠地“彈”它一下，以便獲得能飛往木星的速度。

引力彈弓原理可以如上圖理解，地球與太陽之間有引力，看不見，可以用繩子代替。飛船靠近地球飛行時，受到地球強大引力拉扯，這種無形的拉扯也看不見，但可以用中間成年人和小孩手拉手表示。

如上圖，地球以30公里每秒的高速向右運動，而飛行器逐漸向地球靠近，然后貼著地球飛一段時間，此過程中，飛船一直受到地球無形引力的強力拉扯，最后離開——這就是引力助推的原理。

引力助推結束后，朱諾號相對太陽的速度大大增加，而地球呢，因為中途拉扯了一下朱諾號，故速度會有所減慢，只是因為地球的質(zhì)量實在太大了，減小的速度可完全忽略不計。
木星探測小史
行星探測總體分兩種——“飛掠”和“環(huán)繞”。最難的是飛過去后還要環(huán)繞行星運行，而最簡單的當然是飛掠，因為不用減速呀，在太空航行中減速可一點不像你開車時減速，一腳剎車下去車就停了，費油不多。真空中的減速跟加速一樣都需要耗費燃料。其實，還有比飛掠更簡單的，那就是不管三七二十一，一頭撞上去就拉倒。
造訪過木星的探測器大家聽得也多了，跟其他探測器相比，朱諾號牛在何處？
沒有對比就看不到差距，咱們從頭說。

名字：先驅(qū)者10號；發(fā)射時間：1972年3月3日；任務類型：飛掠

名字：先驅(qū)者11號；發(fā)射時間：1973年4月6日；任務類型：飛掠
先驅(qū)者11號飛掠木星后，又來到土星。

名字：旅行者1號；發(fā)射時間：1979年3月5日；任務類型：飛掠

名字：旅行者2號；發(fā)射時間：1977年8月20日；任務類型：飛掠
旅行者2號飛掠木星、土星和天王星后，又來到海王星。

名字：尤利西斯號；發(fā)射時間：1990年10月6日；任務類型：飛掠

名字：卡西尼－惠更斯號；發(fā)射時間：1997年10月15日；任務類型：飛掠

名字：新地平線號；發(fā)射時間：2006年1月19日；任務類型：飛掠

名字：伽利略號；發(fā)射時間：1989年10月18日；任務類型：環(huán)繞

以上就是曾經(jīng)造訪過木星的探測器，其中，只有伽利略號采取了環(huán)繞木星軌道的方式。
既然伽利略號都已經(jīng)環(huán)繞木星軌道仔細探查過木星了，為何還要再發(fā)射朱諾號？有錢也不能這樣浪費呀。其中一個很大的原因是，伽利略號當時出現(xiàn)了較大的問題，它的高增益天線打開時出了錯，并造成了嚴重的后果。本來幾分鐘就能往地球發(fā)回一張照片，出錯后變成了好幾周才能發(fā)回一張。（后來隨著計算機科學的進步，多少彌補了伽利略號的失誤。）
挑重任的朱諾號

朱諾號航行路徑，圖中藍色的線為地球軌道，白色的線為朱諾號航行路徑。


朱諾號采用高離心橢圓繞極軌道，距離木星極地最近為4300千米高，
距離木星最遠時，遠在木衛(wèi)四之上。

采用這種高離心橢圓軌道的好處是，可以避免探測器長時間接觸木星的強輻射。
太陽系內(nèi)，沒有任何一顆行星的磁場比木星強。與地球磁場相比，木星的磁場強度實在是強太多，具有極強的捕獲粒子并使粒子加速的作用，這會產(chǎn)生可怕的輻射，對探測器造成致命危害。

磁層中的強大電流在木星的極區(qū)形成像地球那樣的極光，不同的是，木星的極光是永久性的，
圖為2016年6月30日，哈勃太空望遠鏡拍攝到的木星極光。

為對抗木星的強輻射，朱諾號使用1厘米厚的鈦金屬來遮罩內(nèi)部的電子儀器。而因為強輻射，朱諾號攜帶的可見光相機和望遠鏡將會在繞行木星僅7圈后報廢。我們可以想象一下，如果朱諾號上有人，他能活多久……

朱諾號上使用的太陽能電池板。以往飛掠或者環(huán)繞木星的所有探測器，全都使用同位素核電池為設備供電，唯有朱諾號例外，有兩個原因，一是當時核電池的原料钚-238短缺，二是太陽能發(fā)電效率的提高。

在地球周圍，朱諾號上太陽能電池板最高功率可達12-14千瓦；而遠離太陽，到達木星后，朱諾號獲得的陽光只有在地球周圍的4%，此時，功率只有486瓦，而木星的強輻射又將使功率降到420瓦。這3塊太陽能電池板是迄今為止，人類使用太陽能最遙遠的地方。

朱諾號還攜帶了三個鋁制的樂高人偶像，分別代表伽利略（左）、木星之神朱庇特（右），以及朱庇特的妻子朱諾（中），她手持放大鏡，象征她追求真理。羅馬神話中，朱庇特拉起云彩遮擋自己，以隱藏自己的行為；而朱諾可以看穿云霧，揭露她丈夫的本性。這也是朱諾號名字的由來，美國國家航空航天局希望，朱諾號能“撥開”木星的厚厚云層，一探究竟。

同時還攜帶了向伽利略致敬的銘牌，也是航空等級的鋁制品，由意大利提供，伽利略是意大利人。

400多年前，當伽利略第一次拿起望遠鏡觀察木星并發(fā)現(xiàn)木星的4大衛(wèi)星時，他不可能想到，未來有一天，偉大的人類會將他的樂高人偶和銘牌在28億公里的航行后，送到讓他名垂千古的巨大行星上。
2017年10月，朱諾號將完成使命，此時，它將改變軌道并沖入木星大氣燒毀。費了老大勁才環(huán)繞木星，為何不讓它繼續(xù)繞下去？留個紀念不好嗎？原來，科學家們擔心，可能攜帶有地球微生物的朱諾號會落入可能有生命存在的木衛(wèi)二歐羅巴，假如撞上去了，日后人類若發(fā)現(xiàn)木衛(wèi)二真的有生命，那么，算誰的呢？
“歐羅巴上的生命說：誰的都不是，我是雜交的。”
“NASA：糟糕，這次搞大了！”
每天，每個人都在埋頭干自己的事，似乎，我們每個人一生的眼界也就那么一點點，但其實不是，有一個叫做朱諾號的探測器正在那個極其遙遠的地方，為你為我，揭開神秘木星和太陽系的奧秘，祝愿朱諾號未來一切順順利利。