文/刘博洋(中国科学院国家天文台)

　　这些年来，我们已经见闻了太多太阳系探测任务的壮举——1997年发射的土星探测器卡西尼号，抵达土星已经12年有余，至今仍在发回土星家族的高清大图;2003年发射的机遇号火星车，原定任务时长3个月，而它至今仍然在火星表面巡弋;2006年发射的新视野号探测器，在去年飞掠冥王星之后，已经踏上了前往柯伊伯带更多小天体的漫长征程。

　　我们似乎已经习惯于看到探测器们无畏的挑战极限，一次又一次的超期服役，为我们带来更多惊喜。然而在朱诺号面前，这样的讨论可能显得有些残酷。

　　木星辐射带中的电子温度可达千亿度

　　JOI(朱诺号完成木星轨道接入)的到来，既标志着朱诺号即将进入激动人心的正式科学探测阶段，也标志着它剩余595天寿命倒数计时的开始。朱诺号，从一开始就注定是一个早逝的悲剧英雄。因为它面前的，是伟岸雄浑的木星。

　　以罗马神话中众神之王朱庇特(Jupiter)命名的木星，不是一颗平庸的行星。它的质量比太阳系中所有其他行星之和更大。它甚至不屑于做行星之王：如果不是在几十亿年前太阳系形成这场气体争夺战中憾负，它甚至可能成为太阳之外，这个系统中第二颗能够点燃氢聚变的恒星。

　　即使错失成为恒星的机会，木星也足以让人恐惧：它外核的液态金属氢电流赋予了它强大的磁场(磁矩为地球的2万倍)，仿佛在太阳风的洪流中撑起了一把巨伞。这把叫做“木星磁层”的彗状巨伞其形之巨，足以装下数个太阳，其长尾甚至远及4个天文单位(6亿公里)外的土星轨道——这使得木星磁层成为太阳系中，除太阳风在星际介质中逃出的气泡“日球层”之外，最大的连续结构。如果我们能在地球上目视木星磁层，我们会发现它比日月盘面还要大5倍以上。

　　然而木星磁层并不是太阳风洪流中一湾宁静的避风港。木卫一(Io)，这颗距离木星最近的伽利略卫星，在木星巨大的潮汐力蹂躏下，宛如一颗被揉烂的橘子：它持续的火山活动每年向木星周围注入数千万吨二氧化硫，这些气体随即便被电离成为硫离子、氧离子、电子组成的等离子体，并在木星磁场的禁锢下随木星一同转动，形成温度可达百万度、拱卫木星的等离子体环，向外延展达数十个木星半径(200余万公里)。

　　在距离木星较近处，等离子体波与等离子体环中电子的相互作用将电子加速到接近光速，产生强烈的同步辐射——这里被叫做“辐射带”。2002年根据卡西尼号飞掠观测结果发表的一篇《自然》文章表示，辐射带中的电子温度最高可达千亿度。不知好歹的人类探测器一旦接触辐射带中的高能粒子，就会造成电子器件的物理伤害，直至完全失灵。

　　然而6月24日，朱诺号已经突入木星磁层顶激波面，犹如独骑挑战恶龙的勇士，越来越迫近木星和它周围烈焰熊熊的城堡。朱诺号进入木星磁层前后，环境电子密度骤降。但随着朱诺号接近木星，示踪电子密度的等离子体振荡频率还将提升3个数量级。

　　朱诺号将直刺“恶龙”软肋

　　前文中已经提到，朱诺号的心脏，是RAD750抗辐射处理器。能承受100万倍于足以致人死地的辐射剂量。而它的铠甲，也能使绝大部分科学仪器在钛壳的保护下，使其遭受的辐射强度减弱800倍。朱诺号的利刃，将直刺“恶龙”身上唯一 一块“鳞片”掉落露出的软肋。

　　天文学家使用美国新墨西哥州的甚大射电望远镜阵(VLA)对木星周围的同步辐射进行了观测。他们发现，半径约7万公里的木星云顶之上，到环形辐射带之间尚有数千公里的罅隙，如果能从木星两极俯冲而下，准确地穿过这个缝隙，就可以既规避了强辐射对电子器件的伤害，又实现几乎紧贴木星表面飞过，从而获取最高分辨率的木星探测结果。这就是木星脱落的那块“龙鳞”，朱诺号必须射中。

        

　　与朱诺号数亿公里的旅途相比，这是数十万分之一的针孔;且朱诺号在木星的强大引力势井中将成为人类史上速度最快的航天器，速度超过70公里/秒。朱诺号燃料与氧化剂占总重一半还多。但这些燃料只能为探测器带来总计2000米/秒的速度改变，用一点少一点。

　　让朱诺号飞向木星的主要动能来源当然不是这区区一点自带的推进剂。2011年8月2日，Atlas V 551型火箭把其送入约2年周期的绕日轨道。这条轨道的远日点在火星轨道之外：在那里，朱诺号实施了两次深空机动，使探测器重新瞄准地球飞了回来。这两次深空机动消耗了朱诺号730 米/秒的速度改变预算。

　　2013年10月9日，朱诺号与地球相距仅559公里擦身而过，在地球的引力弹射作用下，朱诺号获得了7.3 公里/秒的速度增量，这才具备了飞往木星的能力。在飞经地球前后，朱诺号抓紧开机测试了所携带的仪器，为前进木星做好准备。

　　之后朱诺号小憩了791天，直到2016年1月5日，迫近木星前半年，复苏了。为了实施7月5日的木星轨道接入，朱诺号提前2个月开始注入燃料、加热管线，提前7天打开用于防范流星体的引擎保护罩，并将电池充满以备不测。

　　连戳木星的“无鳞软肋”36次

　　然后就是逆龙鳞、穿针眼的木星轨道接入(JOI)了——这将消耗朱诺号542 米/秒的速度改变预算。朱诺号计划从木星北极高速俯冲而下，在木星表面(1 巴水准面)上空4200公里处掠过。

　　在JOI点火前半小时，朱诺号调整姿态，将主引擎对准预定的点火方向。为此朱诺号不得不把对地通信的主力高增益天线移开对地方向。在JOI期间，朱诺号只能用低增益天线发送少量事先约定的“暗号”，告知地球它的任务进展状态;美国戈尔德斯顿和澳大利亚堪培拉的两架深空通信天线同时密切注视着它。此时，木星和地球之间的因有限光速而导致的通信延迟是48.3分钟，也就是说无论JOI成功与否，我们能做的，只是等待。

　　JOI成功之后，朱诺号进入周期53.5天的木星俘获轨道。如此绕行两周之后，2016年10月19日，朱诺号将实施其最后一次主要变轨，用350 米/秒的速度改变预算，来实现进入周期约为14天的科学轨道。

　　在那里，朱诺号将连戳木星的“无鳞软肋”36次：它计划用前3圈实现轨道的精细调节，然后用8圈实现对木星表面每隔48°经度的8个窄条的观测;再用8圈将观测区域间隔缩小到24°;再用16圈将其缩小到12°。在每一圈科学轨道的约两周时间之内，朱诺号只有最接近木星的6-8个小时才能有效地开展科学观测;但这32圈科学轨道编织的“鸟笼”，足以把整个木星表面纳入囊中。最后一圈，朱诺号将查遗补漏，听候地球指令选择感兴趣的区域实施最后的观测。

　　受控烧毁在木星浓密的大气层中

　　而木星这只巨龙又岂能善罢甘休。由于木星的高速自转，它的形状严重偏离正球体，而是呈一扁球形。这种不对称的质量分布将持续地作用于朱诺号的轨道，迫使其轨道平面不断进动、轨道周期不断缩短、近木点高度不断增加，一步步把朱诺号推向辐射带的烈焰。尽管有钛壳护体，也许不是所有的科学载荷都能挨得过辐射带的炙烤。在最坏情况下，木星红外极光测绘仪(JIRAM)可能在第8轨之后就报销，微波辐射计(MWR)也可能只能活到第11轨。朱诺号携带的唯一一台可见光相机JunoCam的画质也将越来越糙，直到被坏点和噪声填满。

　　甚至朱诺号强健的心脏也终将不敌木星辐射带的伟力。而为了阵亡的朱诺号不污染木星的卫星，它只能受控烧毁在木星浓密的大气层中。

　　那将是2018年2月20日，飞船时间11:39。屠龙勇士的悲壮只是它自己的，巨龙甚至不会注意到它的存在。唯幸人类将从它的殉难中收获良多。■

　　(文章来源：太空联盟)