红极一时的木星探测
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作者: 司马杭仁
木星也有旋转环
2008年5月3日，美国和德国科学家共同研究发现，太阳系中不仅土星存在围绕自身旋转的由尘埃粒子组成的环，木星也存在相应旋转的环，其直径约64万千米。他们在研究报告中介绍了木卫十四(距木星第5远的卫星)的轨道外围出现的暗淡轻薄环状结构，以及背离可接受环状结构形成的观测数据。阐明了这种环状结构是由于阴影和太阳光在灰尘粒子上的交互作用产生的。
木卫十四等卫星环绕木星运行时，当它们途经木星的阴影处时环状结构的灰尘微粒将交替地放电和充电，这种行星体系灰尘微粒电荷的变化与木星强大的磁场发生着交互影响。新的研究结果显示，围绕木星旋转的由微小粒子组成的环对行星所起的作用超过科学家想象，在木星的白昼，尘埃粒子在太阳的照射下呈现正电荷；在木星的黑夜，尘埃粒子呈现为负电荷，这个复杂的变换从很大程度上决定了尘埃粒子的运动特性。作用的结果是小灰尘微粒被排斥出外部环边界，这些小微粒甚至改变了它们和木星之间的轨道倾斜度或轨道方位。
伽利略号装备有1台超灵敏灰尘探测器，因而记录了2002年和2003年穿越木星环状结构时曾遭受了数千次灰尘微粒碰撞。
这项研究中所指出解释木星环状结构的原理并不能完全作为鉴别太阳系任何行星环状结构的依据。比如：土星的环状结构中存在的冰粒很大、很重，难以通过这种原理进行准确解释，所以，关于土星环状结构的形成仍是一个未解之谜。
木星是太阳系的第5大行星，它拥有63颗卫星。当太空残骸碰撞木星的小型卫星生成灰尘微粒形成了木星暗淡轻薄的环状结构。这些灰尘微粒组织形成环状结构的主体、内部晕轮以及两个0音淡更遥远的薄弱环状结构。这些环状结构主要由木星的木卫十五、十六、五和十四的轨道界限范围，但是木卫+四卫星的环状结构沿伸超出了其轨道范围，到目前为止，科学家们仍无法解释该现象。
总之，通过伽利略号发现，木星大气中有强烈的狂风和湍流，风速为530千米／小时，这可能是由木星深处释放的热量造成；木星大气比预料的干燥，缺少含水量丰富的云；记录到木卫一上一次巨大的火山爆发，最大喷射高度达500千米，其上至少有8座活火山；发现木卫二上存在着冰山，冰层厚约97千米，很可能是由看不见的水流动和旋转而形成的，在其冰层下可能存在一个暗海洋，蕴藏的水量可能是地球上总水量的3倍；木卫三上有一个同行星一样的磁场；在木卫四上布满环形山，而且被尘埃覆盖着，并且有一条由25个环形山一个扣一个连成的大锁链。
舍身取义“跳苦海”
伽利略号的设计寿命为8年，科学家曾想牺牲它，让它穿过强大的木星辐射带接近木卫一，接收强度比设计值高1倍的强粒子冲击。未曾料它在3次穿越以后居然平安无事，所以又继续使用，超期服役了6年。
美国科学家2002年1月17日宣布，伽利略号木星探测器当日在接近火山密布的木卫一时的最后一次飞行时发生故障而无法收集数据。这是因为它错误地将自身设置为“待机模式”，于是工作小组向其发送修正指令。伽利略号发生故障不在意料之外，因为该探测器的服役时间已超出他们的预期，它所经受的辐射量也高于设计规格2.5倍。这是它第6次，也是最后一次飞越木卫一。
伽利略号是美国发射的最成功的探测器之一。它对木星及其卫星进行了7年多探测，获得了不少重要发现。到2003年2月底，美国航宇局对伽利略号的任务完成情况进行了评估，认为它已完成70％以上的科学探测目标，另外还有许多意外收获。
美国航宇局原计划让伽利略号在环木星轨道上运行下去，但考虑到伽利略号的燃料即将用尽，在木星引力的作用下，其运行勒道有可能发生变化，并有可能导致该探测器与木卫二相撞。这样将把附带在伽利略号上的地球微生物带至木卫二上，使木卫二受到“灾难性的”污染，同时可能摧毁该星球上的“可能存在的生物”，从而降低未来对该星球研究的准确性，因而美国航宇局有意安排伽利略号去撞击了木星。
新视野号的副业
2007年2月28日，美国新视野号冥王星探测器在飞行的途中成功完成了一次木星飞越，借助木星巨大的引力进行了加速，以便完成飞往冥王星和尚未探测过的柯伊伯带的旅程。当日8时43分，新视野号在飞到距木星不到230万千米的最近位置时“搂草打兔子”，采集了关于木星及其卫星和大气的科学数据，传回了木星家族的最新详细照片。它通过携带的远程观测成像仪不仅拍摄到了木星本身，还拍摄到了木星上不久前刚刚形成的小红斑。另外，还拍摄下了木卫一、木卫二和木卫三等多颗木星卫星的“玉照”。在新视野号拍摄的木卫一照片上可以清楚地看到木卫上最活跃的“特瓦什卡尔”火山，这是到目前为止科学家们获取的最为清楚的反映木卫一火山喷发现象的照片，其喷出的烟雾高达240千米。木卫一是最为靠近木星的一颗卫星，由于受到巨大引力的作用，导致其地质活动非常活跃。
使用新视野号探测器的最新观测数据，科研人员发现了太阳系中最大、最新的风暴――木星“小红斑”，最大风速可达到614千米／小时，这种强烈风暴超出了之前科学家在任何一颗太阳系行星上所探测的风暴强度。木星的小红斑是一种反气旋风暴，它以地球上气旋相反方向进行流通循环。据悉，小红斑戏剧性进化演变始于20世纪30年代，当时科学家观测到木星上3个小型白色风暴发生合并；此后1998年还发现木星上两个风暴接合在一起；2000年两个风暴与另一个主风暴相结合；但到2005年底，木星上风暴结合之后就变成了红色。
据悉，木星显著的“大红斑”现象在过去几十年里规模已显著减小，此外，在2007年新视野号探测器抵达木星前，木星大气层已开始罕见的“全球剧变”现象。该现象涉及到南赤道条纹活动性消失，小红斑以北出现南部热带骚乱，以及其他壮观的木星大气云层变化。这是非常罕见的机会，此次观测结合了最强大的天文仪器装置，直到2016年才有可能有空间探测器再次抵达木星轨道进行观测。
科学家将新视野号探测器远视勘测成像仪观测的大气云层移动图像，结合了哈勃空间望远镜的可见光成像和中红外成像，后者技术使科学家能够“看到”可见大气云层下热构造和动力学特征，其原因是热红外波长可以穿过较高的云层。最新观测证实，小红斑的热构造、风速、以及大气云层特征部非常类似于大红斑。小红斑和大红斑都延伸进入到了同温层，远高于木星上小型风暴的高度。
这项观测结果提供了大红斑、以及目前的小红斑为什么会出现红色的神秘解释线索，在伽利略号和新视野号对木星进行观测的几年里，小红斑的风速和强度都充分地增强。这项研究支持了一项普通的动力学机制，解释了木星表面最大的反气旋系统变红的现象，其中的
一个可能是风暴卷起挖掘了木星表面之下的物质。在研究中，科学家吃惊地发现――木星小红斑的风速和规模正在提升，而大红斑则逐渐缩小。最新的热能场和风力场观测数据暗示着在南部热带骚动、小红斑以及小红斑南部温暖气旋区域之间存在着交互作用，复杂作用结果导致大红斑逐渐减弱。
木卫三在捉迷藏
2008年12月美国航宇局宣布，美国哈勃空间望远镜最新观测结果表明，木卫三与木星在玩“捉迷藏”游戏，即忽前忽后。
木卫三是木星卫星中质量最大的一颗，也是太阳系内最大的卫星，其直径达到5362千米。不同于木星这样的巨型气体行星，木卫三有着坚硬的外壳，由岩石和冰层构成球状，但它与太阳系中最大质量行星――木星相比只能算是一颗小弹球。所以天文学家用哈勃空间望远镜观测木星时，也仅能看到其南半球的一部分。
从哈勃空间望远镜最新拍摄的图片显示，木卫三的表面特征包括叫做“特罗斯”的白色碰撞弹坑和它的辐射线系统，从这处碰撞弹坑中释放出明亮的放射线束。特罗斯弹坑和它的辐射线系统的直径大约是美国亚利桑那州的宽度。这张最新拍摄的图片还显示出木星的“大红斑”，这种“大红斑”风暴相当于两个地球的大小，目前该风暴已持续了300多年。
最新拍摄的木卫三图片不仅让读者感到惊异，还向天文学家提供了木星上空大气层的重要信息。这是因为木卫三途经木星的后侧时，它将反射太阳光，这些太阳光会穿过木星的大气层。映射的太阳光线将显示木星大气层的重要信息，进而透析木星大气云层中高层云雾的具体特征。
通过哈勃空间望远镜，科学家还获得了其他一些有关木星的新成果，比如，2008年3月20日，通过分析“哈勃”上紫外线照相机拍摄到的照片，科学家首次在木星极地上空发现罕见极光。不过，随后的研究却显示，出现在木星极地地区的亮点和地球上的极光在成因上有着本质的不同：极光是由于来自太阳的带电粒子与大气层相互作用引起的，而木星极地上空亮点的出现却与来自木卫－的粒子有很大关系。木卫－是太阳系中火山活动最为频繁的天体。事实上，其整个表面部被已经冷却或正在冷却的岩浆所覆盖，而其上那些较大的活火山的数量则有数百座之多。
天文学家表示，虽然木卫－与木星之间隔着很大的距离，但它们两者间的引力作用却是非常强烈的。木星对围绕其旋转的木卫一具有非常强大的吸引作用，其磁场每秒可从木卫一上吸取约1吨重的物质，而这些物质会以非常高的速度飞向木星。在高速飞行过程中，这些物质会逐渐离子化并成为带电粒子。当它们运动到木星附近时，会在木星磁场的作用下不断涌向两极地区上空并与大气分子发生相互作用，从而产生类似地球上极光的发光现象。虽然科学家们以前也曾在木星大气中观测到过发光现象，但它们均是由木星大气自身的运动(如强雷暴)引起的。而此次天文学家观测到的发光现象的产生机理却是完全不同的。
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