近日，美国宇航局的木星探测器“朱诺”号，首次飞越了木星上最具特色的“大红斑”地带，进行了史上最近距离观测，此举让我们有机会一睹这个直径1.6万公里巨型风暴的真容。
据报道，“朱诺”号在“大红斑”云层上方约9000公里处飞过，探测器上的主要摄影机能穿透云层的仪器在飞跃时启动运作，尝试拍摄大红斑全貌。
我们经常听见月球探测器、火星探测器，却很少在新闻上看见木星探测器的身影。同时，相比于月球和火星，我们普通大众对木星也比较陌生。今天我们就来揭开木星和“朱诺号”木星探测器的神秘面纱！
“掀起你的头盖（gu）来！”
强大的木星磁层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——这使的木星磁层成为太阳系中，除太阳风在星际介质中淘出的气泡“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。
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”。辐射带中的电子温度最高可达千亿度（20MeV）。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2016年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。那么，朱诺号为什么能成功突入木星磁层呢？
（木星磁层结构及视尺度示意图，Neil Tyson et al., 'One Universe', Joseph Henry Press）
朱诺号将功成身退！
朱诺号当然有备而来。
它的心脏，是RAD750抗辐射处理器。它能承受100万倍于足以致人死地的辐射剂量，在木星周围的狂暴环境中，预计15年才会出现一次“蓝屏”。
它的铠甲，是1厘米厚的金属钛壳，总重180千克。绝大部分科学仪器都在钛壳的保护下，使其遭受的辐射强度减弱800倍，至电子器件可承受水平以下。
它的姿态保持，没有采用成熟的反应轮方案，而是采用略显复古的自旋稳定方案，以节省反应轮所占用的发射质量，为更厚实的钛壳、更多的科学仪器和更充沛的推进剂让出空间。
朱诺号发射重量为3625千克，其中燃料与氧化剂总重量为2032千克，占总重一半还多。但这些燃料只能为探测器带来总计2000m/s的速度改变，用一点少一点，需要特别精打细算。
不过，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，携带朱诺号升空的，是Atlas V 551型火箭。作为曾经把新视野号探测器送往冥王星的同款火箭，它给朱诺号注入31.1 km2/s2的发射能量，将其送入约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 m/s的速度改变预算。
事实上，朱诺号到达木星的过程并不容易。美国的朱诺号木星探测器于2011年8月5日发射，2016年7月5号才到达木星。
（朱诺号返回地球进行引力弹射时对地球和月球拍摄的系列画面）
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 km/s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它所携带的科学仪器，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，朱诺号需要提前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。
在木星轨道接入（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讯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。
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，朱诺号实施其最后一次主要变轨，用350 m/s的速度改变预算，来实现进入周期约为14天的科学轨道。
此外，朱诺号携带有剧毒的燃料，一旦失控并偶然坠毁在木星的卫星上，将会污染它们可能孕育生命的冰下海洋。所以，朱诺号唯一的结局只能是功成身死，受控烧毁在木星浓密的大气层中。按计划，
它寿终正寝的时间是2018年2月20日。虽然，最终朱诺号会消逝在宇宙中，但是，它在整个探测过程中，会给深空探测与研究带来意义非凡的数据。朱诺号的任务不仅仅是拍摄到木星的大红斑这样简单。
朱诺号的太阳能电池板末端安装的磁力计形如一把巨大的尖刀，它将对木星外部和内部磁场进行高精度的测量。由于朱诺号覆盖木星全球的轨道设计，朱诺号磁力计也将有机会测量木星三维磁场分布，从而获取除地球以外最精细的行星磁场观测结果。
朱诺号在遭受辐射带高能粒子杀伤的同时，将会准确的记录下高能粒子的种类和能谱分布；在飞越两极的同时，朱诺号还将仔细研究木星的极光过程。期待看到它给我们带来更多精彩的画面和数据！
出品：科普中国
制作：中国科学院国家天文台 刘博洋
监制：中国科学院计算机网络信息中心
