神秘的木星：太陽系的「惡霸」 可能要消失了
【「朱諾號」木星探測器】
木星是太陽系內的最大的行星。它是當之無愧的「老大」。
可以說，我們今天在太陽系看到的一切……所有的小行星、所有的行星、衛星、彗星和所有的一切，都受到木星的影響，無論是過去還是現在。
2011年8月5日，從美國佛羅里達州卡納維拉爾角點火升空的「朱諾號」木星探測器的使命就是為了揭開這個「老大」的真面目。2016年美國獨立日那天，「朱諾號」抵達木星。
「朱諾號」木星探測器的任務很艱巨。雖然向其他星球發射任何一艘宇宙飛船都是很困難的，但向木星發射一艘宇宙飛船卻是件非常困難的事情。
「朱諾號」必須以非常高精度在太陽系中穿行。必須與劇烈的溫度變化作鬥爭，並要小心翼翼地穿越小行星帶。如果在穿行的路徑上有一小塊塵埃撞上飛船，就會造成嚴重的損害。
經過了27億公里的跋涉，在到達目的前，又要面臨另一個棘手的問題：探測器正以每小時266000公里的速度沖向木星，它移動得非常快，是有史以來速度最快的航天器之一。
此時，如果探測器不減速的話，雖然木星有著很強大的引力，但面對如此極速的探測器卻也力不能及而無法捕獲。
所以「朱諾號」必須非常精確地減速，如果弄錯了，「朱諾號」可能會撞上木星，或者漂向外太空。
要想成功地讓「朱諾號」進入木星的穩定軌道，這幾乎就像從倫敦投籃球然後把球精準地投入紐約的籃筐里。
「朱諾號」木星探測器
通過對木星的觀察，「朱諾號」讓我們看到了我們太陽系內行星系統的歷史，甚至是地球的歷史。
【木星有核心嗎】
木星有著迷人的外表、厚重的大氣層、以及持續了數百年的「大紅斑」等等。然而科學們最想知道的卻是「木星有核心嗎？」
你可能會想，它當然有核心，就像所有行星都有核心一樣，地球有核心，所有星球都有。
然而，事實證明，木星可能不會有核心。
想知道一顆行星的核心是什麼，可以讓科學家把時間倒回到數十億年前行星的形成過程。
如果「朱諾號」能夠揭示木星內部的秘密，它將改變我們對這顆氣態巨行星形成過程的理解。
如果「朱諾號」發現了一個固體內核，這可能意味著木星最初形成時是一個像地球一樣的岩石行星，然後不斷增長。但如果「朱諾號」沒有發現內核，這可能意味著木星跳過了岩石階段，直接由一團氣體雲形成。
回答這個問題也可以為科學家們解開其他的謎團。
那麼，當看到的只有雲層的頂部時，你如何探測行星的內部呢？不可思議的是，你可以利用引力。
當「朱諾號」繞木星運行時，它能在軌道上感覺到木星引力的微小變化，因為木星引力尖峰在拖曳著飛船。
事實證明，木星的某些部分比其他部分密度更大。如果木星有一個實心球，那麼當「朱諾號」經過它時，在雲層頂部上方經過時，軌道和軌跡會非常平滑。
但事實上，如果木星有層或者有品質更多的地方和有品質更少的地方，那麼它對「朱諾號」的引力就會有點不同。飛過品質集中的區域會使「朱諾號」的速度加快。
所以對於地球上的工程師來講，他們所要做的事情就是不斷問：
「它現在移動的速度有多快？」
「現在呢？」
「現在又怎麼樣？」
然後就可以繪製出一張木星上位於宇宙飛船下面的品質的地圖。「朱諾號」的儀器開始繪製這顆氣體巨行星的心臟，第一次揭示了這個神秘的核心。
「朱諾號」發現的木星中心是一種無定形物質，一種模糊的東西。如果它的內核是金屬和岩石，那麼它並不像我們想像的那麼堅固。但那裡確實有一些東西在行星的中心。
「朱諾號」探測到氫和岩石物質溶解並混合在一起。這是一種科學家們從未見過的行星內核。天文學家形容它是模糊的。
在此之前，科學家們以為木星的核心像「牛油果」，結果他們發現木星的核心卻像是「辣椒醬」。
這意味著科學家們之前對木星形成的理論都是錯誤的。
所以現在有一種新的理論認為：木星不是由岩石或氣體形成的，而是由46億年前散落在早期太陽系中不到一英寸寬的小石子形成的。這些「鵝卵石」聚集在一起，它們聚集形成了一個巨大的物體，就像木星的種子，也就是木星的核心。
這些「卵石」聚集在一起形成了一個巨大的星核，它的品質是地球的20倍。但是這些鵝卵石不能支撐這個不斷增長的星球太久。
隨著木星的增長，它的胃口變得無法滿足，其他可能成為行星的行星核心被木星巨大的引力所吸引，並在撞擊時被吸收，導致木星的核心發生變化。大塊進入的岩石與氣體和最初形成星核的鵝卵石混合在一起。
科學家們認為，可能存在於那裡的核心物質實際上已經溶解，並與星球的其他部分混合在一起。這種岩石、氣體和卵石的混合物使核心處於一種奇怪的狀態：介於固體和液體之間，換句話說，就是模糊的。
一旦木星的核心達到臨界品質，它的引力就會吸收附近所有的氫氣，形成木星大氣層。而模糊的核心則被困在數千英里厚的雲層之下。這就是我們今天所知道和喜愛的木星的形成。
「朱諾號」對木星模糊核心的發現可能會改寫關於木星早期的故事。
【木星的大藍點】
對於「朱諾號」來講，它的任務才剛剛開始，同時對它的考驗也才剛剛開始。
因為，木星的環境是太陽系中最惡劣的環境之一，它有著僅次於太陽的難以置信的強磁場。「朱諾號」就身處其中，這是一個無形的威脅，同時也是「朱諾號」的關鍵任務之一：調查木星的磁場。
在暴風肆虐的木星的星球表面深處，液態金屬氫在星球周圍無休止地流動產生了巨大的磁場。這個磁場延伸到土星之外超過9億公里的地方。
如果人類的眼睛能看到木星的磁場，那麼當你站在地球上看到它時，它在天空中看起來就像月亮一樣大。
木星巨大的磁場，除了它在空間上非常巨大，在力量上也是如此。來自太陽的高能粒子被這個巨大星球的磁場引導進入致命的輻射帶。磁場捕獲了來自太陽的帶電粒子讓它們繞著太陽系循環然後轟擊附近的任何物體。
當然也包括我們脆弱的小宇宙飛船。離星球更近的地方，輻射水平高達30倍，比切爾諾貝利災難時反應堆核心室的輻射水平還要高。
這是輻射，也是個壞消息。這些粒子會襲擊你的身體，它們會破壞DNA，破壞細胞結構，你會死亡。
這種強烈的輻射對宇宙飛船來說也是個壞消息。這些帶電粒子可能會摧毀電子和導航系統，但所幸「朱諾號」已經穿上了盔甲。
所以與其說「朱諾號」是精緻的宇宙飛船，還不如說，它是一輛「坦克」。科學家們在飛船上放了幾百磅的鈦，就是為了保護「朱諾號」不受木星「米格戰機」的襲擊。
「朱諾號」1.5英寸厚的屏蔽層阻擋了木星99%的有害輻射，但即使以這樣的裝備，「朱諾號」也無法在襲擊擊中存活太久。所以它將自己置於環繞這顆氣態巨星的獨特軌道上。
實際上它的軌道很長，大部分時間都在很遠的地方，然後每隔一段時間，它就會俯衝進去，然後再快速安全地離開去通訊和處理。就好像是彗星俯衝進太陽系一樣。
「朱諾號」之所以要冒險潛入這些輻射帶，是因為它要繪製木星巨大的磁場圖。它揭示了一些科學家從未見過的東西。
當你觀察地球時，我們有一個相當簡單的磁場，它就像一個巨大的條形磁鐵，有南北磁極。
好吧，木星也有，這叫做偶極場，木星也有兩個極點。然而，木星還有第三個極點！
「朱諾號」的磁場地圖顯示了南極和北極以及赤道上的奇怪磁場干擾，就像木星剛剛長出了第三隻手臂。
木星的磁場地圖
在磁場地圖上，北極是紅色的，南極是藍色的，而在赤道上有第二個藍色的點即第二個南極。科學家把第二個南極叫做大藍點。
每個人都知道木星的那個大紅斑，現在我們有了一個新知，那就是木星上還有一個大藍點。
磁場的擾動反映了木星暴風雨般的內部。木星內部的湍流可能會扭曲磁場，來驅動巨大的藍點和致命的輻射帶。
與地球不同的是，木星在很大程度上並不是一個固體品質，所以它所有的雲和氣體都在以略微不同的速度移動。這實際上使得產生的磁場產生了非常多變的變化。
對於地球來說，要像木星一樣擁有可變磁場，整個地球都必須是熔化的。我們真的不希望這樣的事情發生。
【木星的歷史】
隨著對木星的深入了解，科學們意識到木星是太陽系形成的關鍵，也以這也意味著了解木星也是了解地球如何形成的關鍵。
46億年前，一團氫氣和宇宙塵埃崩塌引發核聚變。由此在混亂中產生一顆恆星，四顆岩質行星和四顆氣態巨星誕生了，並形成了我們的太陽系。
太陽系有這些不同的區域：內部有岩石和金屬，外部有豐富的氣體和水。之所以這樣，是因為離太陽近溫度更高，離太陽越遠，溫度越低。
但是地球似乎打破了這種模式，我們星球上的水比理論預測的要多得多。地球形成於太陽系內部，因為它非常接近太陽，所以它應該非常乾燥。
我們的星球離太陽只有一億五千萬公里，這使我們處於科學家所說的雪線之內。在這條線內，太陽有足夠的能量在行星形成過程中蒸發水分。
在雪線內，溫度很高，附近有大量來自太陽的能量，這些氣體和富含冰的物質就不可能存在，它們都被太陽的熱量蒸發掉。
我們的水世界應該是太空中的一塊乾燥的岩石，所以地球非常非常早的時候，水並不會在地球上。那麼後來地球上的水是怎麼來的呢？木星可以解開這個謎團。
通過「朱諾號」對木星的研究，科學家們追溯了這顆巨大行星的歷史。
我們現在已經知道行星在形成的過程中會接近太陽移動，也會遠離太陽移動。那麼我們如何知道木星是在哪裡形成的呢？
關鍵是有多少水鎖在木星內部。如果我們能了解木星是如何與水建立聯繫的我們就能了解水是如何在整個太陽系中分布的，包括在地球上。
如果「朱諾號」能夠測量木星的含水量它將解開一個長達20年的謎團。
1995年12月，NASA的伽利略號探測器向木星大氣層進行致命的俯衝。當它這樣做的時候，它就能夠測量它周圍的大氣並探測是否有水，但事實是——它沒有探測到任何水。
木星的大氣層看起來怎麼會非常乾燥呢？如果伽利略探測器的結果是正確的，那麼46億年前木星形成於離太陽更近的地方。不死心的科學家們這次派遣「朱諾號」去徵求第二次意見。
「朱諾號」是一架軌道飛行器，它裝載了各種儀器和探測器來觀測木星。這次「朱諾號」不需要冒著生命危險去尋找水源了。
探測器通過木星厚厚的雲層，使用微波輻射計從安全距離探測水。利用這些微波「朱諾號」繪製了一幅木星水的全球地圖。
「朱諾號」發現木星上有大量的水。至於那個可憐的「伽利略號」，它只是碰巧撞上了一個乾燥的地方。事實上，如果它進入幾乎任何其他地方，它都能看到大量的水。
現在看來，木星並不是在現在的位置形成的。最主要的理論是木星形成於雪線之外，在乾燥的內太陽系和潮濕的外太陽系之間的邊界。
但我們發現木星離太陽的距離是原來雪線所在位置的兩倍。所以這告訴了我們一些有趣的事情：木星可能偏離了原來的位置。
木星剛形成的時候，周圍充滿了各種氣體和各種物質。這些物質減慢了木星公轉的速度，由於太陽的引力作用，於是木星開始螺旋向太陽系內移動。
隨著木星向內的移動，由於木星是最大的行星，它是「老大」，所有的東西都為它而動。這就給內太陽系的行星和星子帶了混亂。它還「搶」了本該屬於火星的「食物」。
眼看木星將進一步往太陽系內部移動，火星、地球及金星都將岌岌可危。如果木星在太陽系內部停留的時間再長一些，它將幾乎會清除掉太陽系內部所有岩態行星，而我們也就不會在這裡了。
轉機出現了，土星形成了。土星是太陽系中僅次於木星的行星，由於其巨大的引力，把木星拉了回去。
「惡霸」終於離開太陽系內部了。但隨著木星向太陽系外推進，這個「惡霸」為了「泄憤」竟然將富含冰的小行星和彗星拋向太陽和地球。
沒想到的是，這最終為地球帶來了很多海洋。
「朱諾號」幫助我們回答了為什麼我們的地球雖然離太陽這麼近，但仍然適合居住。
因此，讓「朱諾號」遠道而來進行近距離觀測木星是值得的。
【木星上的大紅斑】
沒有什麼比木星的大紅斑更具有標誌性了。地球上的人幾乎都知道木星有個大紅斑。在我們整個太陽系中，木星的大紅斑是獨一無二的。
然而「朱諾號」對這個大紅斑進行深入探測後，揭示了這個有300年歷史的氣旋可能很快就會消失。
當「朱諾號」在大紅斑上翱翔時，它看到的是一場直徑超過一萬六千公里的風暴。
這是最極端的風暴，風以每小時640公里的速度持續吹著。在地球上，最強大的5級颶風幾乎可以造成完全的破壞。但它們的威力還不到木星風暴的一半。這個大紅斑是你所能想像到的最強大颶風。
木星上的大紅斑
「朱諾號」的微波輻射計使科學家們第一次能夠透視木星的雲層。「朱諾號」上的儀器可以觀察到風暴中心根源有多深。它觀察到星球表面以下的溫度變化，這些變化遵循風暴的標誌性形狀，在木星大氣層深處追蹤大紅斑的根源。
科學家們發現大紅班深入大氣層約320公里，這是地球上絕無僅有的。我們星球上最大的氣旋可以達到16公里的高度，但是木星的大紅斑是它的20倍。
木星巨大的，動蕩的大氣層承載著人類所見過的最深的風暴。「朱諾號」的發現讓科學家們覺得這個大紅斑有可能解釋木星的另一個神秘之處，即木星溫暖的大氣層。
木星在太陽系外部，一切都很冷，當離得那麼遠的時候，太陽會很暗。木星離太陽的距離是我們地球的五倍。所以它從太陽獲得的能量只有我們的4%。
但是木星的大氣層中有某種東西在加熱。它的某些部分的溫度比我們用太陽光所能解釋的溫度要高很多倍。
問題是，這些能量從何而來？
當「朱諾號」再次對準了這個大紅斑，科學家們發現這個大紅斑的颶風是由木星核心深處的熱量驅動的。木星核心的運動非常劇烈和混亂。
和地球上的風暴一樣，木星的風暴也會產生雷暴。轟隆的雷聲發出的聲波穿過暴風雨。
聲波是一種壓力波，是空氣分子或水分子被壓縮的壓縮波。它們被擠在了一起。當你把某物擠在一起時，它們會靠得更近，就會變得非常熱。
這些聲波在風暴的上方800公里處爆炸，將聲波能量轉化為了熱量。這些聲波碰撞在一起產生了巨大的能量，並加熱了周圍的氣體。幾百年來，木星的大紅斑一直在幫助木星加熱大氣層。
木星的紅斑太大了，比地球還要大得多。它看起來非常穩定，似乎一直在那裡，永遠都會在那裡。
但科學家們發現了變化。
當美國國家航空航天局的旅行者號太空探測器在1979年造訪木星時，它觀測到是一場兩倍於地球直徑的風暴。
1979年旅行者號拍攝的木星
2017年，「朱諾號」拍攝的木星
然而2017年，「朱諾號」的影像顯示，這個大紅斑的寬度減少了三分之一，但這還不是全部，儘管風暴在減弱，但它實際上在長高。
大紅斑正被拉長並被迫進入木星的高層大氣。大紅斑中的風暴有點像陶工旋盤上的粘土。當你把雙手靠近陶土時，你的手越近，陶土就越高。
同樣，對於風暴來說，當底部變得越小它就向高層大氣升高，並升得越來越高。
地球上的風暴也有同樣的作用，當風暴這樣做時，風切變實際上會把風暴的頂部扯下來，把它拉扯開。
所以在未來幾年中，科學家們將密切關注它的去向，看看木星上是否也會發生這種情況。木星高空的風，是否會將這個標誌性的風暴撕成碎片。
也許只是時間問題，太陽系中最著名的風暴可能很快就會消失。
【木星的北極】
大紅斑是木星上正在發生的一場風暴，但不是唯一的一場風暴。
在「朱諾號」之前，科學家們看到的木星非常有限，從來沒有飛越過兩極。
因為這在木星上是很難做到的。過去沒有一個探測器成功過。而「朱諾號」是目前為止唯一成功飛越了木星兩極的探測器，首次揭示木星神秘的極地。
當科學家們第一次觀測到木星的北極時，它看起來一點也不像我們認識的木星。
「朱諾號」的相機顯示出一片奇怪的藍色區域，這讓科學家們困惑不已。然而在藍色雲層中發現的東西，更為奇怪。
木星的北極
巨大的中央氣旋以每小時320公里的速度圍繞著每一個極點旋轉。這些氣旋被北部的八個風暴漩渦和南部的五個風暴漩渦包圍。
這些奇怪的氣旋，巨大的漩渦圍繞木星兩極旋轉的氣體漩渦，它們顯然正在形成圖案。
北極中心氣旋就在極點，直徑4000公里寬，幾乎和美國大陸一樣大。那裡發生了什麼？這和我們在地球上看到的完全不同。
在地球上，我們的天氣是由來自太陽的熱量驅動的，太陽的熱量撞擊在地球的赤道上併流過地球的表面。強大的氣旋在熱帶水域上空形成並環繞地球移動。但極地地區從太陽獲得的能量較少，所以氣旋無法在兩極形成。
如果在赤道，天氣會更暖和，暴風雨也更猛烈。如果你在兩極，那裡太陽比較難看到，這種活動就會消失。
但是木星上的天氣，完全不同。科學家們在木星的兩極看到閃電和對流雷暴，但在赤道上看不到。
這與我們在地球上看到的情況有點相反。
問題是，是什麼驅動了木星的風暴？
木星離太陽的距離是地球的五倍，只能接收到太陽能量的一小部分。與地球不同，木星的兩極區域，似乎是活動發生的地方，某種東西在驅動這顆行星的怪異天氣。
「朱諾號」對這顆巨大行星的熱輻射的掃描表明，這個東西可能就是木星本身。
實際上可以看到木星內部的熱量正在從頂部冒出來，所以在我們可以看到熱量的區域木星看起來非常亮。
木星的熱輻射圖
木星有非常多的物質，非常多的品質，同時也有非常多的引力，以至於其內部密度非常高。所以溫度也非常高，在核心，它可能比太陽表面要熱幾千度。
這個被埋在木星黑暗中心的火海是數十億年前木星誕生時留下的遺迹。
形成這顆行星的劇烈碰撞讓它的核心變得滾燙。這種熱度一直持續到今天，被埋在數千英里的絕緣氣體之下。
隨著熱量慢慢向外泄露，木星快速旋轉的大氣層就會產生惡性氣旋和雷暴。這就是天氣變化的真正原因，不是來自太陽，就是木星本身。
當「朱諾號」在這顆行星上翱翔時，它揭示了另一個天氣之謎。
探測器探測到每秒四次的無線電波爆發——這是強烈閃電襲擊的訊號。
雲層在大氣中移動，積聚了電荷並導致閃電形成。這是比地球上大幾個數量級的特大風暴。
「朱諾號」發現這些雷雨雲的巨大的冰雹由水和氨組成，這種化學物質使木星的雲呈現出橙色。在木星大氣層的高處，氨氣和水混合在一起，變成了一個液體球。開始在它周圍聚集冰，然後它會像冰雹一樣落到木星大氣層深處。
在地球上，冰雹落在地上然後融化。
但是在木星上，它沒有地面。由於上升氣流的作用，冰雹在大氣中被抬升，然後有更多的冰，它變得更大，然後它再下降，接著又被帶回來。
所以冰雹通常是多層形成的，這些冰球一層一層地生長，它們在大氣中上下翻飛。如果這些風暴是在地球上形成的就會造成嚴重的破壞。
所以，如果你在木星大氣層中飛行，而且你就在風暴的附近。那麼，很不幸，你可能會被上升或下降的冰雹擊中。
這是整個太陽系中最猛烈能量最大的大氣層之一。
【木星的極光】
當「朱諾號」研究木星上來自極光的光線時，發現了一些非常奇怪的事情，木星上的極光比地球上的極光要大得多。兩極附近的極光環比地球本身還要大。
而且，極光主要發射紫外線和x射線，所以用肉眼是看不到的。但如果你能看到它們，並且你就在木星上，那將是一場令人驚嘆的光秀。
木星位於太陽系外的深處，離太陽很遠，所以不可能是太陽光造成的。那麼它們是從哪裡來的？
為了尋找答案，「朱諾號」用它的紫外線成像光譜儀拍下了一張木星南極光的照片。在極光內部，它瞥見了一些奇怪的東西。
木星南極的極光
在紫外線下觀察，就會看到一個熱點，這個熱點標誌著大量帶電粒子撞擊。
通過追蹤它們的軌跡，發現木星耀眼極光的罪魁禍首——木星衛星上的火山。
木星的衛星木衛一（伊娥）上有數百座活火山，它們向太空中噴射物質，其中許多被木星的磁場所困。
木衛一的火山噴射出帶電粒子流，這些粒子流被這顆巨大行星的磁場掃過，並將這些粒子彙集到木星大氣中的特定點上。
但是木衛一併不是唯一一顆導致木星極光的衛星。木衛二（歐羅巴）、木衛三（加尼米德）、木衛四（卡利斯托），這些都很冰冷衛星，它們不一定有火山。但其中一些衛星有磁場與木星的磁場相互作用，這實際上加強了木星上的極光。
於是在木星與衛星的共同作用下，激發了太陽系中最大的極光。
木衛一的火山在噴發
木星上極光產生示意圖
木星上的極光非常美麗的，但對於「朱諾號」來說，拍下這個美麗照片的同時，它也遭受了一次又一次的致命輻射。這些輻射不僅僅是對人類來講是致命的，也同樣對「朱諾號」探測器的壽命有影響。
在未來，很多儀器都會被輻射過度而不能正常工作。當「朱諾號」的鈦盔甲最終失效時，木星致命的輻射將會使飛船無法修復。
所以團隊計划進行絢爛地終結，將朱諾推進木星的大氣層。在那裡飛船將被撕成碎片，最終，它會被吸引到木星的深處，成為木星本身的一部分。
也許，這是「朱諾號」最好的歸宿。因為木星是以羅馬神話中天神「朱庇特」來命名的。而「朱諾」在羅馬神話是朱庇特的妻子。所以「她」可以與「丈夫」永遠在一起了。
當然，但在那之前，「朱諾號」還有很多謎團要解開。科學家們期望「朱諾號」能夠帶來更多的「驚喜」。
