2007年2月28日，“新視野”飛船從木星近旁飛過，最接近木星時它距離木星僅為223 萬千米?！靶乱曇啊笔怯擅绹詈骄职l(fā)射的，它肩負(fù)兩項使命：一是借助木星的強大引力進(jìn)行引力援助（見相關(guān)鏈接“引力援助”）試驗，以便對今后去冥王星的飛行軌道進(jìn)行調(diào)整；二是通過對木星的試驗性觀測，檢驗和校正飛船上的儀器，為2015 年探測冥王星及其衛(wèi)星卡戎做好準(zhǔn)備。

在太陽系的八大行星中，無輪是體積還是質(zhì)量，木星都稱得上“老大”。木星的直徑是地球的11.2倍，質(zhì)量與318個地球相當(dāng)。木星還是太陽系行星隊伍里自轉(zhuǎn)最快的一顆，每9 小時56.5 分自轉(zhuǎn)1圈。

木星不僅體積和質(zhì)量在太陽系中首屈一指，其周圍的衛(wèi)星和環(huán)也頗有名。1610 年，伽利略用自制的小望遠(yuǎn)鏡觀測木星時，一下子在它周圍發(fā)現(xiàn)了4 顆衛(wèi)星，這就是有名的“伽利略衛(wèi)星”。伽利略衛(wèi)星的發(fā)現(xiàn)不僅為哥白尼的日心學(xué)說提供了重要證據(jù)，而且還為今天研究太陽系的起源和演化帶來了寶貴樣品。人們都知道，土星周圍有美麗的光環(huán)，這是大自然創(chuàng)造的藝術(shù)珍品。其實，這樣的藝術(shù)珍品在木星周圍也有。木星環(huán)雖不及土星環(huán)那樣精美，那樣楚楚動人，但它蘊含的科學(xué)信息對于我們研究太陽系天體是彌足珍貴的。

為了完成本文開頭提到的兩項任務(wù)，只有鋼琴大小的“新視野”飛船在接近木星的前后幾周內(nèi)，啟用7 架照相機和傳感器瞄準(zhǔn)木星及其4 顆“伽利略衛(wèi)星”，進(jìn)行了將近700 次觀測，取得了大量的觀測資料并陸續(xù)發(fā)回地球。從傳回的資料看，“新視野”飛船在木星附近所進(jìn)行的試驗是成功的，實驗儀器和工作軟件是良好的，它們應(yīng)該能夠很好地完成將來探測冥王星及其衛(wèi)星卡戎的任務(wù)。

下面的一組精美照片是“新視野”飛船在接近木星時拍攝的，它們?yōu)檠芯磕拘窍到y(tǒng)提供了一批新資料，例如在木星高空云中發(fā)現(xiàn)了一些有趣的、以前未曾見過的現(xiàn)象。

最清晰的木星環(huán)

“新視野”飛船在2007 年2 月28 日最接近木星時，大視場勘測攝像儀快速拍下了炭黑色木星環(huán)照片（上圖）。上圖清晰地顯示出3 條像跑道一樣的環(huán)，環(huán)的大部分由從沙礫到礫石大小的物質(zhì)和環(huán)與環(huán)之間的少量物質(zhì)構(gòu)成。下圖是“新視野”飛船在最接近木星之后，回頭對準(zhǔn)太陽方向拍攝的木星環(huán)。拍照時，相機聚焦得很好，照片模糊不是聚焦的問題，而是陽光照亮了覆蓋在環(huán)上的塵埃粒子云所致，就像汽車擋風(fēng)玻璃上的灰塵在陽光照耀下發(fā)亮一樣。軌道上有些小“牧羊衛(wèi)星”，表明環(huán)是狹窄的。

木星小紅斑

下圖中的小紅斑是由兩張照片合成的。一張是“新視野”拍攝的，一張是“哈勃空間望遠(yuǎn)鏡”拍攝的。兩張照片幾乎是在同一時間拍攝的。

木星紅斑是木星大氣中的巨大風(fēng)暴。小紅斑是木星上的第二大風(fēng)暴，第一大風(fēng)暴是大紅斑。大紅斑東西長約4 萬千米，南北長約1.3 萬千米，有好幾個地球大，而小紅斑的大小約為地球的70％。小紅斑開始出現(xiàn)時呈白色，然后變紅。上個世紀(jì)90 年代出現(xiàn)的一個小紅斑，是由3 個較小的風(fēng)暴碰撞、合并而成的。最初的顏色呈白色，到2005 年末開始變紅。小紅斑中的云是逆時針旋轉(zhuǎn)的，即在反氣旋方向上旋轉(zhuǎn)，與大紅斑相同。多數(shù)科學(xué)家認(rèn)為，大紅斑與地球上的颶風(fēng)相同，而小紅斑卻不同。颶風(fēng)是低氣壓區(qū)，小紅斑卻是高氣壓區(qū)，小紅斑的規(guī)模也遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于地球上最大的颶風(fēng)。

小紅斑為什么變紅？目前還是個謎。有的科學(xué)家認(rèn)為，這種變化可能來源于很深的木星內(nèi)部，是那里洶涌澎湃的奇異物質(zhì)經(jīng)木星大氣中的風(fēng)暴系統(tǒng)增強后，里面的紅色游離出來，小紅斑就變成了紅色。特別是含硫的云滴，它們可以推進(jìn)50 千米。當(dāng)它們進(jìn)入到“氨云”（由氨而非水構(gòu)成）的上層時，被云頂明亮的陽光照耀后，云滴里的紅色硫釋放出來，風(fēng)暴就變紅了。

木星紅外圖像

上面這組木星像是由“新視野”飛船上的“利薩”拍攝的?！袄_”是一架紅外光譜攝像儀，有250 個通道，能同時在250 個紅外波長范圍拍攝天體圖像。這組圖像是飛船在距離木星600 萬千米的地方拍攝的，圖像上能夠分辨出400 千米的細(xì)節(jié)。400 千米似乎是個不小的長度，但它同14.4 萬千米的木星直徑相比卻是個小數(shù)，在今天的探測水平下，這樣的分辨率已經(jīng)算是比較高的。

這里展示的圖像僅是傳回的部分資料，等將來整個“利薩”的資料處理出來后，科學(xué)家就能繪制出一幅立體的木星大氣成分圖和環(huán)流圖。

在圖像上，亮區(qū)是由木星大氣中的云和薄霧造成的，暗區(qū)則相應(yīng)于尚未被反射的太陽輻射在大氣中被吸收的區(qū)域。在3 幅圖像中，中間一幅的輻射來自較高層大氣，其余兩幅則來自較深的大氣層。圖像上的一切明亮特征都來自高層云，在中間的圖像上有一個孤立的圓形結(jié)構(gòu)——小紅斑，它實質(zhì)上是較低層的云延伸到高層大氣的結(jié)果。

木星高空云

上圖是由“新視野”飛船拍攝的。拍攝時飛船距離木星大約230 萬千米，照片上能分辨出50 千米的細(xì)節(jié)特征。

這張高空云圖揭示了木星不同區(qū)域的特征。從南極開始，從南到北的情況大致是：南極籠罩著一層薄霧，霧中的小顆?？赡苁菢O光活動期間進(jìn)入極區(qū)的帶電粒子。薄霧就是這些帶電粒子在沉降過程中產(chǎn)生的。在極冠北面不遠(yuǎn)處，有一個發(fā)展得相當(dāng)完善的反氣旋漩渦，氣旋中心有正在升騰的白色雷暴云砧（暴風(fēng)雨之前出現(xiàn)的云，整體形狀宛如頂部平衍的鐵砧），好像航空照片一樣。漩渦偏北一點是一些比較紊亂的風(fēng)暴和比較多的雷暴云砧。在北面更遠(yuǎn)一點的地方，出現(xiàn)一些黑色的“斑疹”，這是無云區(qū)。因為這里無云，而能吸收光線的甲烷氣體幾乎將光線全部吸收，所以出現(xiàn)黑色“斑疹”。在赤道區(qū)，風(fēng)速明顯加快，巨大噴射物被風(fēng)“吹”成長長的、裊裊上升的“波浪”。從赤道再往北，風(fēng)能將卷云那樣比較寧靜的云吹得達(dá)到每秒178 米的速度！在這里，能看到比較多的雷暴云砧。

這張云圖所揭示的復(fù)雜結(jié)構(gòu)令人激動，但它只是“新視野”飛船在不同波長上取得的260 幅木星圖像中的一幅，“新視野”能對不同高度的木星大氣進(jìn)行全方位觀測，在2015 年之前它還將提供大量迷人的木星大氣資料。

“伽利略衛(wèi)星”肖像

上圖中從左到右分別是木衛(wèi)一（伊娥）、木衛(wèi)二（歐羅巴）、木衛(wèi)三（加尼默德）和木衛(wèi)四（卡里斯特）。這是按它們到木星的距離由近而遠(yuǎn)排列的，圖像的醇腫乓徊惚∥?，雾中的小颗粒抠犐惽极光活动圃備?入極區(qū)的帶電粒子。薄霧就是這些帶電粒子在沉降過程中產(chǎn)生的。在極冠北面不遠(yuǎn)處，有一個發(fā)展得相當(dāng)完善的反氣旋漩渦，氣旋中心有正在升騰的白色雷暴云砧（暴風(fēng)雨之前出現(xiàn)的云，整體形狀宛如頂部平衍的鐵砧），好像航空照片一樣。漩渦偏北一點是一些比較紊亂的風(fēng)暴和比較多的雷暴云砧。在北面更遠(yuǎn)一點的地方，出現(xiàn)一些黑色的“斑疹”，這是無云區(qū)。因為這里無云，而能吸收光線的甲烷氣體幾乎將光線全部吸收，所以出現(xiàn)黑色“斑疹”。在赤道區(qū)，風(fēng)速明顯加快，巨大噴射物被風(fēng)“吹”成長長的、裊裊上升的“波浪”。從赤道再往北，風(fēng)能將卷云那樣比較寧靜的云吹得達(dá)到每秒178 米的速度！在這里，能看到比較多的雷暴云砧。

這張云圖所揭示的復(fù)雜結(jié)構(gòu)令人激動，但它只是“新視野”飛船在不同波長上取得的260 幅木星圖像中的一幅，“新視野”能對不同高度的木星大氣進(jìn)行全方位觀測，在2015 年之前它還將提供大量迷人的木星大氣資料。

兩顆衛(wèi)星合照

2007 年3 月2 日，即在“新視野”飛船最接近木星兩天后，飛船上拍攝到一張美麗的天空藝術(shù)照（下圖）。照片的主體是一對太空“兄弟”，一個叫“木衛(wèi)一”（左上），一個叫“木衛(wèi)二”（右下）。它們是最靠近木星的兩顆“伽利略衛(wèi)星”。照片選取了一個特別角度：飛船到木衛(wèi)一的距離是460 萬千米，到木衛(wèi)二的距離是380 萬千米，兩顆衛(wèi)星之間相隔79 萬千米。拍照時，木星位于木衛(wèi)一和木衛(wèi)二中間黑暗處，木衛(wèi)一的夜晚面對著木星，能照到木星的反射光，所以照片上的木衛(wèi)一夜晚面有輝光；而木衛(wèi)二的夜晚面背著木星，照不到木星的反射光，所以木衛(wèi)二的夜晚面是全黑的。這張藝術(shù)照主要強調(diào)藝術(shù)價值而不是科學(xué)性。在這張照片上，木衛(wèi)一宛如一彎新月，頂上現(xiàn)出一簇“羽冠”。這簇美麗的“羽冠”是木衛(wèi)一上的特瓦希塔火山的噴射物。衛(wèi)星表面右邊的淡淡輝光是被木星反射光照亮的。照片上的木衛(wèi)二（右下）比較平靜，其左邊好像一把鋒利的鐮刀閃耀青光，右邊一片漆黑，與行星際空間并無二致。

木衛(wèi)一“變、變、變”

木衛(wèi)一是一個頻繁活動的世界（下圖），是太陽系中活火山最多的天體，據(jù)統(tǒng)計，它上面的“熱點”（溫度比較高，有可能是火山的區(qū)域）有100 多個。除特瓦希塔火山外，普洛米休斯火山和比爾火山也是很有名的。普洛米休斯火山噴射高達(dá)70 千米，比爾火山噴射高達(dá)400 千米。除了火山外，木衛(wèi)一表面還有兩個有趣的特征。

一是表面變化。將“伽利略”飛船1999 年拍攝的圖像和“新視野”飛船2007 年拍攝的圖像進(jìn)行比較，可以看出，盡管在7 年多時間里，木衛(wèi)一上未曾間斷過強烈的火山活動，但它上面的大多數(shù)特征變化不大，比如黑色的卵形區(qū)域，最大尺寸約為1200 千米，是比爾火山的沉積物。在“新視野”拍攝的圖像上，木衛(wèi)一北半球高緯度地區(qū)有一個明顯的暗黑區(qū)域，那是大智博格火山。這座火山在“伽利略”拍攝的圖像上還不顯著，是在1999 ～ 2001 年之間變暗的。最近，“新視野”在木衛(wèi)一南半球也看到了一個“伽利略”所沒有見到過的變化（圖中的圓圈）：一個直徑約為500 千米的近似圓形的沉積物，而且產(chǎn)生這個沉積物的噴射區(qū)仍在活動。

二是火山移動。比較“旅行者”和“伽利略”的觀測資料，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一個非常奇特的現(xiàn)象：普洛米休斯火山在移動。在1979 年3 月以后的17 年內(nèi)，普洛米休斯火山體及散落在它周圍的碎石環(huán)向西移動了85 千米。火山竟然能移動？！科學(xué)家對此感到吃驚。但經(jīng)過仔細(xì)研究后，他們證實，其實不是火山在移動，而是這座火山噴射的形式很特殊?；鹕絿娚湮锿ǔＪ菑幕鹕娇趪姵鰜淼?，而普洛米休斯火山卻不是這樣，它的熾熱巖漿從火山口噴出后，在表面上蔓延開來，巖漿所到之處巖石被融化，氣體從融化的巖石里噴發(fā)出來，形成火山噴出物。因此，普洛米休斯火山是從蔓延熔巖的前沿噴發(fā)出來的。由于熾熱的巖漿從火山口向外蔓延，所以在遠(yuǎn)處看似乎是火山的噴射物在移動。

特瓦希塔火山噴發(fā)

上圖是木衛(wèi)一上的特瓦希塔火山的噴射物下落的圖像。為了能看清照片上火山噴發(fā)和衛(wèi)星夜晚面暗弱的細(xì)節(jié)，拍攝時故意使衛(wèi)星的白晝面感光過度一點，以保證噴出物和夜晚面得到最佳的感光時間。照片上噴出的火山礫石，在落日陽光下像雨點一樣落到木衛(wèi)一的夜晚面。在晝夜分界線白晝一邊的明亮光點，則是噴出口熾熱的發(fā)光熔巖。照片上的木衛(wèi)一夜晚面的微弱輝光是其晝夜分界線上的山脈反射的木星落日余輝。

另“眼”看伊娥

有時，在“新視野”飛船上，幾架儀器幾乎同時取得木星系統(tǒng)的觀測資料。右圖就是大視場勘測攝像儀、多光譜可見光攝像機和“利薩”紅外光譜儀三架儀器共同觀測獲得的。它們的觀測結(jié)果如下：

大視場勘測攝像儀拍攝的像（圖中左側(cè)）顯示了陽光照耀的木衛(wèi)一（伊娥）上“月牙”的細(xì)節(jié)，還顯示了陽光照耀的部分特瓦希塔火山噴射物的細(xì)節(jié)，并揭示了特瓦希塔噴口處熾熱熔巖明亮的夜晚輝光。多光譜可見光攝像機拍攝的圖像（圖中右上側(cè)）顯示了特瓦希塔地區(qū)紅色熔巖與藍(lán)色噴射物的鮮明的顏色對比，還顯示了硫和二氧化硫在陽光照射的木衛(wèi)一表面的沉積?！袄_”紅外光譜儀拍攝的圖像（圖中右下側(cè)）揭示，衛(wèi)星夜晚面上至少出現(xiàn)了10 個較弱的火山熱點。在特瓦希塔右下方，能見到阿米萊尼火山和毛伊火山，它們是一些暗弱的火山，最亮?xí)r還沒有特瓦希塔的4% 亮。

冉冉升起的歐羅巴

“新視野”拍攝了許多太陽系的精美藝術(shù)像，除了《兩顆衛(wèi)星合照》外，比較著名的還有《歐羅巴從木星云層上升起》（下圖）。這張藝術(shù)照是“新視野”飛船在距離木星230 萬千米，距離木衛(wèi)二（歐羅巴）300 萬千米的地方拍攝的。

兩“眼”看木衛(wèi)三

2007 年2 月27 日，在接近木星系統(tǒng)時，“新視野”用兩只“眼睛”觀察了木衛(wèi)三，其中一只“眼”是“利薩”紅外光譜儀（拍攝結(jié)果為圖①），另一只是大視場勘測攝像儀（拍攝結(jié)果為圖②）。

“利薩”拍攝的圖像顯示，木衛(wèi)三表面上的物質(zhì)成分顯著不同，其中藍(lán)色代表比較清潔的水冰，褐色則顯示出受到較暗物質(zhì)污染的區(qū)域。

圖③是兩架儀器拍攝的圖像合成的結(jié)果。

捕獲木衛(wèi)四

這是拍攝到的木衛(wèi)四的圖像。圖像上的亮點是隕擊坑。木衛(wèi)四表面十分古老，除了隕擊坑外，沒有其他大規(guī)模的地質(zhì)特征。從隕擊坑里飛出來的物質(zhì)可能含有比較豐富的水冰。木衛(wèi)四表面最大的隕擊坑是“瓦爾哈拉”盆地，這是一個巨大的盆地。

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引力援助

“新視野”飛船接近木星時做的另一件事，就是利用木星的強大吸引力進(jìn)行引力援助試驗。所謂“引力援助”，簡單地說，就是空間飛行器借助天體的引力調(diào)整其飛行軌道。

引力援助的最簡單的例子是利用地球引力：向偏東方向發(fā)射人造衛(wèi)星，就可以利用地球的自轉(zhuǎn)給人造衛(wèi)星提供推力，為火箭節(jié)省燃料。從1990 年開始，科學(xué)家已經(jīng)借用地球引力“援助”過10 艘空間飛行器。

第一艘受援的飛行器是歐洲空間局研究哈雷彗星的“喬特”，發(fā)射于1985 年，1986 年飛過哈雷彗星的核心，1990 年回到地球軌道，然后借助地球引力加速，重新瞄準(zhǔn)1992 年出現(xiàn)在天空中的另一顆彗星——格里格－斯克杰羅普彗星。前不久，美國宇航局發(fā)射的水星探測器“信使號”也飛近地球，借助地球的引力調(diào)整了自己的軌道。

不僅地球引力可以借用，其他天體的引力也可以借用。1977 年8 月，“旅行者2 號”空間飛行器飛到木星附近。它來到木星附近有兩個目的：一是對木星進(jìn)行勘測，二是借用木星引力調(diào)整自己的飛行軌道以便飛往土星。比“旅行者2 號”遲1 個月發(fā)射的“旅行者1 號”也從木星附近飛過，其目的也是調(diào)整飛船軌道?！奥眯姓? 號”在飛往海王星以外的途中，還得到了土星和天王星的引力援助。探測木星的“伽利略”飛船在飛往木星的途中，得到1 次金星引力援助、2 次地球引力援助?！翱ㄎ髂帷憋w船在前往土星的途中，得到2 次金星引力援助、1 次地球引力援助、1 次木星引力援助?！坝壤镂魉埂憋w船在飛往太陽的途中，假若沒有木星的引力援助，就不可能到達(dá)太陽南極。

引力援助技術(shù)的實質(zhì)，就是給飛行器增加或減少能量。迄今在行星際空間飛行的飛行器都是環(huán)繞太陽運行的。引力援助技術(shù)可以用來增加飛行器環(huán)繞太陽運行的速度，使飛行器在太陽系中向外推進(jìn)的距離遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過發(fā)射火箭所能達(dá)到的離開太陽的距離；同樣，引力援助技術(shù)也可以用來減小環(huán)繞太陽運行的飛行器的速度。當(dāng)用引力援助來減小飛行器的速度時，就可以減少飛船的能量。“伽利略”飛船在木衛(wèi)一前面飛過時，科學(xué)家就是運用引力援助的方法減少了它相對于木星的能量，從而減少了進(jìn)入木星軌道所需的火箭燃料。當(dāng)前，縈繞在科學(xué)家腦中的一個重要問題是：如何避免環(huán)繞太陽運行的彗星和小行星等小天體同地球相撞？在迄今提出的各種解決方案中，有一個就是對小天體施加引力，使它偏離原來的軌道，避開地球，從而消除撞擊地球的危險。對小天體施加引力，實際上也是一種引力援助。

下面是一個應(yīng)用引力援助調(diào)整飛船軌道的例子。

“旅行者”是美國發(fā)射的、用來考察土星以外天體的一系列飛船，但它們的運載工具所提供的能量只夠飛船飛到木星附近。木星到太陽的距離大約為7.8 億千米，而土星到太陽的距離大約為14.3 億千米，也就是說，“旅行者”到達(dá)木星時最多只飛了一半航程，另一半航程必須借用木星引力援助來完成。怎樣借用木星引力援助呢？在飛船發(fā)射之前，科學(xué)家對“旅行者”們的發(fā)射時間進(jìn)行了周密的計算，使它們在環(huán)繞太陽運行的過程中得到如下控制：在受到木星引力吸引并開始往木星降落之前，從木星后面接近木星（因為木星環(huán)繞太陽運行 ，“旅行者”也環(huán)繞太陽運行，所以它們相對于太陽總會有一個在前，一個在后）；在與木星最接近時，不與木星發(fā)生接觸；在離開木星時，相對于木星的速度開始變慢；在不受木星引力束縛時，飛行速度恢復(fù)到飛船原來在軌道上的速度。

假如從木星上看，上述情況就像一個騎自行車的人先下坡，而后上坡，下坡時速度加快，上坡時速度變慢，最后恢復(fù)到原來的速度。不過，這里所說的速度變化與騎自行車上下坡不完全相同。騎自行車上下坡時，速度變化只是速度的快慢變化，方向不改變；而“旅行者”通過木星附近后，速度的大小和方向都發(fā)生了變化，這樣就調(diào)整了飛船的軌道。調(diào)整飛船軌道的最典型例子是“尤里西斯”，它原來在黃道面附近飛行，利用木星引力援助后，由在黃道面附近飛行調(diào)整到了環(huán)繞太陽極區(qū)飛行。

“新視野”飛船這次從木星附近穿過，不僅軌道得到了調(diào)整，還得到一批“紀(jì)念品”，其中不僅有接近木星時拍攝的照片，而且還有大量尚未處理出來的數(shù)據(jù)，還有木星贈予的每秒4 千米的極高速度，真可謂滿載而歸。

對于木星來說，能量被“新視野”取走了一部分，其速度也就變慢了，不過，這種減慢是微乎其微的，因為“新視野”吸收的能量只是木星軌道運動能量的10 億億億分之一，猶如從大海里取出了一滴水。對于木星這個“浩瀚的大海”來說，損失一滴水又算得了什么呢？然而，對于只有鋼琴大小的“新視野”來說，木星的10 億億億分之一能量已足夠使它提前5 年飛到冥王星。因此，說白了，引力援助就是一種“能量巨大的太空旅行燃料”，難怪天文學(xué)家早就期盼著利用它了。

（本文圖片由美國宇航局提供）