李博逊
“伽利略号”探测器
“伽利略号”探测器
1996 第5期   - 科与幻

李博逊


    行星际飞船“伽利略号”史无前例地将一个探测器送入了木星大气层，对探测器发回的数据进行的初步分析，向科学家们提供了大量惊奇的新发现。

    关于木星大气组成成分、云层及含水量的有关数据尤其引人注目。探测器所经过的木星大气层比原先设想的要干燥，而且没有发现科学家们所预测的“三层云结构”。大气中实际的氮的含量也仅相当于预测值的一半。

    NASA Ames研究中心的科学家理查德·杨博士认为，这些成果将推动研究人员重新思考有关木星的形成及行星进化的理论。

    “‘伽利略号’探测器发回来的数据的质量比我们原来最乐观的估计还要好得多。”NASA宇宙科学协会主任维斯利·哈特雷斯博士说，“它们将促使科研机构更深入地了解太阳系及其中所包含的生命的形成与发展过程。”

    探测器管理人员玛斯·史密斯说：“伽利略号”探测器所完成的大气层突入是有史以来最为困难的一次。1995年12月7日，探测器突入木星大气层时，速度高达106,000英里／时(约47,000米／秒)，温度相当于太阳表面温度的两倍，减速作用力为地球重力的230倍。在探测器向木星大气深处下降的57分钟里，它把数据发送给2万英里以外的“伽利略号”轨道飞行器，并由后者储存起来转发回地球。轨道器现在已经开始对木星及其卫星作为期两年的考察。

    “在木星稠密的大气层里下降时，传感器探测到强风及激烈的振动。这意味着，能够形成这种木星所特有的对流现象的能量很可能来自从木星内部逸出的热量。”杨博士说，“探测器同时还发现在木星云层顶上约21,000英里高度存在着一个新的辐射带，而且木星云层里并没有闪电。”

    参加计划的科学家们说，木星大气的组成成分令人感到意外，其中所包含的氦、氖以及碳、氧、硫等重元素的水准比预想的要少得多。

    有关木星大气颜色的问题长期以来科学家们一直争论不休，从这次探测器发回的资料中也未能得出一致的见解。在进入大气层以后长达373英里(600公里)的下降旅程中，探测器没有遇到固态物体或表面。对于像木星这样的巨大气态行星来说，这一点是在意料之中的。

    这次的新发现意味着什么呢?大多数科学家相信，木星的组成成分与形成太阳及众行星的原始星云成分应该相似，而各种重元素则来自彗星及流星。探测器收集到的大量数据将有可能促使科学家重新考虑现在的木星演变理论，比如说，与太阳相比木星中所含的氦与氖的量比原先预想的要少，这就会对所谓的分馏理论产生影响。

    在大气层突入过程中探测器所遇到的强大的气动阻力证实，大气密度远远高于预测值。与此相应，气温也比设想的要高得多。这样的高气温显然是来自于一种尚未判明的加热机制。

    探测器打开降落伞以后下降了97英里(约156公里)，其中所携带的六种传感器分别收集情报。在这期间，探测器经受了强风、冷热突变及激烈振动的考验。木星酷烈的高温高压环境最终迫使探测器电信系统停止传送数据。

    地面天文望远镜观测认为，探测器的突入空域似乎正好是木星大气中云层最少的部分。因而在此空域，探测器没能找到科学家们所预想的“三层云系”的构造(氨结晶顶层、氢硫氨中间层、水与冰晶底层)。

    探测器捕捉到的一些迹象显示出富含氨结晶的云层的存在，另外一些数据似乎能为氢硫氨云层的存在提供佐证，但没有任何明显的迹象显示含水云层的存在。大气结构的传感器所获得的垂直气温变化率数据证实大气较为干燥，而且不存在冷凝作用。云层构造的特征似乎可以归结为比例不同。

    对“旅行者号”飞船1979年飞过木星时所取得的数据进行的最新分析表明，木星水含量应为太阳水含量的两倍(以太阳的氧含量为根据)。苏梅克—利维9号彗星撞击木星时引发了强大的冲击波，对这些冲击波在云层顶部的扩散所进行的观测显示，木星中水的含量应为太阳的10倍。然而探测器的测量结果表明实际水含量与太阳相差无几。科学家们感到莫名其妙。“那些水究竟跑到哪儿去了?还有那些氧?”他们不得不重新解释S—L9的撞击(苏—利9号)。

    科学家们预想木星大气中会有时速220英里(约100米／秒)的狂风，但探测器实际上遇到的风比估计的还要强得多，达到时速330英里(约150米／秒)。在探测器向大气层深处下降的整个过程中，风力几乎是恒定的，这就表明与地球不同。木星风不是由从赤道到两极的日照差或者水气冷凝过程中释放的热量引起的。

    “木星风的原动力似乎是木星内部的热量，以辐射的形式将能量送入大气中。”杨博士说，“这就影响木星的气候及对流模式，有可能是类似喷射气流，而不是旋风或龙卷风等。”

    探测器证实，木星上闪电发生的频率大约只相当于地球的十分之一。这一结果同样使科学家感到困惑，但与含水云层的“缺失”不谋而合。缺乏闪电必将导致在木星大气层中发现有机物分子的可能性大为降低，考虑到其中氢含量优势的不良影响，结果更是如此。

    目前所掌握的数据尽管令人兴奋，但科学家们仍十分谨慎地认为，这些初步结论还有待更深入的分析和改善。随着太阳介入地球与木星之间，数据传送误差有可能发生，并考虑到探测器与中继飞船的轨道，高出预测的传感器温度等的影响，对目前的结论有必要继续推敲，这要求科学家们采取更慎重的行动。

    “伽利略号”探测器行动日程：

    1989·10．18，由航天飞机“亚特兰蒂斯号”发射。

    1990·2．9．飞过水星(重力加速)。

    1990．12．8，第一次飞过地球。

    1991．5．1，高增益天线展开失败。

    1991．7～1992．6，第一次通过小行星带。

    1991．10．29，飞过Gaspra小行星。

    1992．12．8，第二次飞过地球。

    1993．5～1993．11，第二次通过小行星带。

    1993．8．28，飞过Ida小行星。

    1995．7．13，探测器与轨道器分离。

    1995．7．20，轨道器方向调整。

    1995．12．7，到达木星。

    轨道器资料：

    全质量：2，668千克(包括103千克科学仪器，935千克推进器)；

    平衡方式：二阶段自旋；

    自旋速率：低速3.25rpm，高速10.5rpm(旋／分钟)；

    全高：9米；

    天线直径：4.8米；

    探测器：

    质量：335千克(科学仪器28千克)；

    全高：0.86米。

    天线直径、1.25米。