伽利略號木星探測器

1989年8月18日，由“阿特蘭蒂斯”號太空梭送入軌道的“伽利略”號木星探測器，是美國航天局第一個直接專用探測木星的航天器。伽利略木星探測計劃始於1978年，最初計劃於1982年1月發射，后因經費不足、飛行設計修改和太空梭發射失敗等原因而先後9次變動計劃。致使發射一再推遲，研製經費高達13.6億美元。伽利略”號木星探測計劃是由美國和聯邦德國聯合進行的。

飛船配備著攝像機、近紅外勘測分光儀、磁強儀、測雲儀、大氣結構儀等17種科學儀器，用於木星大氣層構成、雲層結構、溫度、磁場等方面的勘測和研究。 “伽利略”號發射后，不停地朝向太陽軌道飛行了兩年，於1990年2月通過金星，於1990年12月以時速1.429萬千米的速度，首次通過地球軌道，再以時速12.71萬千米的速度，於1992年12月第二次通過地球軌道和地—月交會軌道，並對它們都“順便”進行紅外觀測。最後以時速14.03萬千米的速度，於1995年12月7日到達木星。它的軌道器在釋放出探測器后，就成為木星的人造衛星，探測器則下降到木星表面，並及時地向地球連續地發回了各種寶貴的探測數據。使人類對這個距離地球非常遙遠的星球第一次有了了解。

“伽利略”號探測器呈不規則長形體，是美國迄今最精密的星際飛行器，整個發射計劃耗資約15億美元。飛船總重 2550公斤，有一具核動力裝置，內裝22.7公斤放射性鈾-238。由木星軌道器和再入器兩部分組成，在到達木星前約150天時，兩者分離，軌道器環繞木星運行探測；再入器深入木星大氣層考察。

軌道器是由美國的噴氣推進實驗室設計、製造和操作的，其總重為2378千克，正常情況下以3.15轉/分自旋穩定。其上的主要設備為；推進艙，包括一個機動推力器和一個單一入軌推力器，與推進劑一起共重約1185千克；2台放射性同位素熱電偶發電機，可提供0～480瓦的電力；

一個約5米直徑的高增益地球通信天線，用S和X波段與地球通信，定向精度為0.1度。軌道器上還裝有很多精密的探測儀器，主要包括：CCD攝像機，發回的照片清晰度比“旅行者”探測器的高20～1000倍，可分辨出木星衛星表面30～50米範圍的細節；近紅外繪圖分光計，可探測出氮、磷化氫、水、甲烷、鍺等組分；紫外分光計能探測出氮、氫和氧等；光子偏振、輻射計，可以測量偏振光和光強度；磁強計、高能粒子檢測儀、等離子體檢測儀、等離子體波分系統（測量電場和磁場變化）、塵埃粒子檢測儀和重離子計數器等，可用於對木星磁層等的研究。

再入器是由美國航天局的艾邁斯研究中心負責設計，休斯飛機公司創造的。其外形呈扁錐體，總重約339千克、其中僅防熱殼就重達220千克。其上有2台1波段發射機、能以128比特/秒的速率發送測量數據，經軌道器中繼到地球。再入器上的探測儀器有：大氣結構檢測儀，能測量木星大氣的溫度、壓力等；中性質譜儀，可測定木星大氣組分；氦分量檢測儀，用於測定木星大氣中的氦氣含量；測雲計、純流量輻射計以及光和射電檢測儀等。

大氣探測器由制動防熱罩和一個球形儀器艙組成。制動防熱罩是一個120度錐角的鈍頭圓錐殼體，表面覆蓋著一層很厚的碳燒蝕防熱層。這層防熱罩的重量佔了探測器總重量 的50%。球形儀器艙里裝備了大氣組分探測計、質譜儀、氦氣濃度計，測雲計，輻射計，高能粒子探測計等多種先進的探測儀器設備，還裝備有降落傘系統，無線電發射裝置和電源系統。大氣探測器的總重量為345千克。軌道器於1995年7月到達木星軌道前150天，放出大氣探測器后，沿著木星橢圓軌道執行探測任務，並繞木星飛行了22個月，拍攝到木星及其衛星的大量清晰的照片；大氣探測器則深入木星大氣層的深處探測大氣層的成分和物理特性。這個探測器以每秒48千米的速度進入狹窄的通道最後進入大氣層，它承受了400g的加速度，表面壓力高達14個大氣壓，表面溫度高達780攝氏度高溫，在它打開降落傘徐徐下降的過程中，展開了各種測量工作。隨著高度的下降，大氣壓力和氣溫越來越高，最後高達20個大氣壓，這時，環形探測器被大氣壓垮，探測工作被迫終止。整個工作歷時1小時。

“伽利略”號探測器於1989年升空，1995年12月抵達環木星軌道。它發現在木星的衛星歐羅巴（Europa）、Ganymede、Callisto的地下有鹹水，還發現木星衛星上有劇烈的火山爆發。

“伽利略”號探測器在2003年9月21日墜毀於木星，以此結束其近14年的太空探索生涯。這將是美國宇航局自1999年以來首次控制探測器在地球之外的天體上墜毀。

“伽利略”號探測器走向太空的過程可謂一波三折。最初，NASA計劃於1982年1月將它發射升空，后因改變飛行計劃，推遲到1986年5月。1986年1月28日，“挑戰者”號太空梭升空爆炸，使“伽利略”號計劃再度推遲。此後，由於經費原因，NASA改用推力較小的火箭。正是這一改變，“伽利略”號放棄了原來直飛木星的計劃，而採取了獨特的飛行路線，藉助於金星和地球的重力加速。這樣，它到達木星的時間也從原來的2年延長到6年。 1989年10月18日，“伽利略”號木星探測器離開“亞特蘭蒂斯”號太空梭后，首先飛向太陽。此後，按照預定路線，先於1990年2月掠過金星，再於同年12月和1992年12月兩次掠過地球，以充分利用它們的引力來加速，然後才正式踏上飛往木星的征途。又經過3年的太空遨遊，1995年12月7日，“伽利略”號才終於進入繞木星飛行的軌道。

伽利略號的旅程並不幸運。它原本的計劃是由太空太空梭將它和它的推動火箭--半人馬座火箭送入地球軌道。然後半人馬座火箭將用2年半的時間將伽利略號送抵木星。在80年代初，伽利略號完工的時候由於太空梭和運載火箭沒有準備好。所以推遲了發射時間。當一切準備妥當之後，升空日期便定在了1986年的5月。但在1986年1月的挑戰者號太空梭慘劇發生后，美國政府停止了一切的升空活動，並對安全準則作出了檢討。伽利略號的升空時間被延後至3年之後。新的安全準則也隨之增加，包括使用低功率的推進火箭，並禁止在太空梭的運送倉內放置燃料。這意味著半人馬座火箭將取消。為了進入預期的軌道，太空船會先進入金星的軌道，再藉助引力來加速，再兩度折回地球加速，然後前往木星。這使得原本預定2年半的旅程變成了6年。在等待升空的三年中，伽利略號被多次改造，運送和儲藏。有人認為這3年的“旅程”很可能就是升空后諸多問題的原因。

伽利略號利用增加了的旅程，對月球的光面和暗面的地表化學物質作出了比較，而且還對地球南極的臭氧層作出了大氣觀測。但在最後一次離開地球之前，問題再度出現。伽利略號的主天線--高增益天線被發現不能準確打開。高增益天線作為伽利略號和地球聯絡的主要工具，它的出錯造成了嚴重的後果。本來伽利略號能每數分鐘往地球發回一張照片，故障發生后變成了數周一張。幸而，計算機技術的發展對此作出了彌補。數據能通過壓縮再傳送，這使得照片的傳送時間減少為數小時。

在伽利略號略過小行星帶時，伽利略號對小行星951和小行星243（Ida)作出精密觀測，發現Ida的衛星，並命名為Dactyl。在1994年的彗星撞木星天文奇觀中，伽利略號觀測了舒梅克·利維九號彗星的碎片撞入木星的過程，地球上的望遠鏡則要等待木星自轉來觀測其陰影。

然而，在到達木星的兩個月前，另一個問題發生了。伽利略號的磁帶記錄器發生了故障。磁帶記錄器的主要任務是，記錄伽利略號上各種儀器所探測到的結果，並在適當的時候發回地球。在主天線發生故障之後，磁帶記錄器的作用就顯得非常重要了。為了對磁帶記錄器作出調整，伽利略號放棄了原本探測木衛一的計劃。

伽利略號帶有一個探測器，該探測器的任務是沖入木星的大氣，並在燃燒殆盡前，儘可能多的發回數據。這是個艱難的任務，與木星大氣摩擦將產生高達華氏21000度的高溫。在打開降落傘減速之後，探測器將與抵擋高溫的擋熱板脫離。獨自承受木星的風暴，高溫和巨大的壓力。在1995年12月7日，探測器進入了木星的大氣。探測器成功地發回了信號，並在降落了57分鐘之後，探測器被木星發出的熱力燒毀。但這57分鐘大大地增加了我們對木星的大氣和氣候的了解。

伽利略號對研究木星的衛星也作出了很大的貢獻。在伽利略號到達木星之前，人們一共發現了16顆木星的衛星。伽利略號到達后又發現了多個衛星。這個數字已經上升到了63個。

由於受到輻射的破壞，伽利略號的攝影裝置於2002年1月17日停止運作。工程師由於能夠修復磁帶的資料，因此它能在墜毀以前繼續傳送資料回地球。

從美國“伽利略”號探測器傳回的最新的資料表明，在木衛二的表層下可能有海洋。這一新證據再次為科學家們早先根據資料作出的“木衛二上有水”的假設添加了重量級砝碼，並引起了生物學家對木衛二上是否存在生命的爭論。

“伽利略”號探測器在距木衛二上空351公里的地方飛掠而過。令人驚訝的是，木衛二地磁北極點的地理位置在變化，並且移動得很頻繁，幾乎每5個半小時就移動一定距離。

這個結果讓許多科學家困惑：究竟是什麼力量驅使木衛二的地磁北極點不斷運動呢？“我認為這些發現告訴我們，在木衛二的地表之下有一個液體水層。”空間科學家瑪格麗特·基維爾森說。按照科學家的解釋，如果在木衛二的地表之下有一個液體傳導層———諸如鹽水層———那將可以最為完滿地解釋磁性極點的不斷變遷。基維爾森據此表示：“這些新發現對於木衛二上存在海洋的設想非常具有說服力。”

在伽利略號的任務結束后，美國太空總署的下一個探測器名為木星冰月軌道器(Jupiter Icy Moons Orbiter, JIMO)，處於草擬階段。

探測器原定約2年的使命先後被3次延長。在1995年12月飛抵環木星軌道后的7年多時間內，它創造的記錄有：繞木星運行34周，與木星主要衛星35次相遇，發回包括1.4萬張照片在內的3萬兆比特數據，在木星的三顆衛星上發現了地下液態鹽水存在的證據，第一次從軌道上對木星系統進行了完整考察，第一次對木星大氣進行了直接測量。

美國宇航局原打算讓“伽利略”號在環木星軌道上運行下去，但探測器有關木衛二上可能存在海洋的發現使專家們改變了想法。“伽利略”號的主要使命不是去外星尋找生命，在設計時探測器沒有經過消毒處理。當它燃料即將用盡時，在木星引力的作用下軌道可能發生變化，並可能與木衛二相撞。理論上，探測器與木衛二相撞可能導致地球的微生物在木衛二上立足，這種情況將會影響未來在這顆衛星上尋找本土生命的工作。

美宇航局由此決定，在“伽利略”號燃料未完全用盡、還能控制運行軌道之時，讓它葬身於木衛二之外的其他天體上，這個“安葬地”最終定為木星。

NASA的伽利略號探測飛船美國時間2003年9月21日下午(北京時間9月22日凌晨)結束了在木星的八年使命，它按照預期撞向了這顆最大的行星，而科學家們在地球上熱烈慶祝。

在墜毀之日，“伽利略”號將運行到木星背面，然後以大約每小時17萬公里的速度墜入木星大氣層。“伽利略”號與木星大氣摩擦過程中所形成的高溫會使該探測器發生劇烈燃燒，並最終墜毀於木星。與“伽利略”號探測計劃有關的約1500名各界代表，屆時將聚集於美宇航局噴氣推進實驗室，為這顆探測器“送終”。伽利略計劃主持人泰力格女士說：“伽利略號宇宙飛船已經老化，燃料快要用罄，而且不斷暴露在輻射下。在宇宙飛船脫離我們的控制之前讓它以受到控制的方式了結，這樣做是對的。”對於參加建造、發射和照顧伽利略號的人來說，九月廿一日將標誌一個時代的結束。

NASA在加州帕薩德納的噴射推進實驗室發言人埃格爾表示，實驗室在美國東部時間下午3：40（北京時間今天凌晨3：40）多與飛船失去了聯繫，比預期的時間早了2小時36分鐘，有1000多人圍繞伽利略進行工作，他們都來到了實驗室慶祝任務結束。

“伽利略”帶來了外星生命的佳音？

許多人會問，為什麼一個木星探測器會引起美國宇航局上千名科學家如此感慨？為什麼會引起全世界許多人的瞻目？

這得從“伽利略”號探測器的誕生和它帶給人類的偉大發現說起。前後費時30多年，耗資14億美元的“伽利略”號探測器其貌不揚，大小相當於一輛跑車，所搭載的儀器只有10件，控制它神經中樞的電腦更是只有相當於“蘋果II”的性能，而且發射升空不久便發現其主天線和另一個重要儀器失靈。

然而，就是它成了美國宇航局有史以來最偉大的太空探測器：它第一個拍到了月球和彗星在一起運行的照片；它第一個拍到了星際大爆炸的壯觀情景。那是1994年，一顆彗星猛烈撞擊木星，爆炸產生的威力比全世界的核武器爆炸能量加起來還多數百上千倍。這一情景最讓地球感動的是，如果沒有木星“無私”把彗星吸引到自己的身邊，那麼地球上的生命根本無法經受彗星天地大衝撞之重；最為偉大的是，它第一個拍到了木星衛星歐羅巴有海洋的照片！這讓地球生命看到了外星生命的希望。

為什麼要讓“伽利略”號烈火焚身？

既然“伽利略”號勞苦功高，而且迄今性能穩定，為什麼非得讓它撞木星大氣層焚身滅跡呢？美國宇航局的答案非常明確：正是它的偉大發現決定了它最終悲壯焚身命運！

美國宇航局太陽系探索部門負責人科倫－哈特曼說。人類進行太空探索最想揭開的一個謎是：“茫茫太空中，地球生命真的孤獨嗎？”“伽利略”號探測器讓人類看到了外星球生命的希望，因為它從木星的衛星“歐羅巴”上發回的照片顯示，這顆木星的衛星有一片海洋！在地球上，水意味著生命，因此在地球外的其它星體大氣中，如果發現有水的跡象，那麼就意味著生命的綠洲！“伽利略”號上的燃料即將用完，一旦沒有燃料的話，那麼這個宇宙探測器將失控，有可能撞向歐羅巴的海洋中，“伽利略”號上的地球細菌有可能在那片陌生的外星海洋上生存甚至發展起來，從而污染了遙遠的歐羅巴海洋，威脅那裡可能存在的外星生命！

“伽利略”項目負責人克勞迪婭說，讓“伽利略”號探測器烈火焚身是件正確的事，因為歐羅巴的環境太珍貴太值得我們地球人保護了，而且歐羅巴的海洋一定會成為未來人類太空探索最聚焦的星球，因為，那裡可能存在有地球生命的夥伴――外星生命！

伽利略號木星探測器

“伽利略”最後之旅如何進行？

最讓人關心，最引人瞻目的當然是“伽利略”號的最後之旅。那麼，“伽利略”號的最後時刻將會是什麼樣的呢？

“伽利略”號先進入木星上空洶湧的高輻射的“粒子海洋”。 “伽利略”號探測器之前也數度進入這一極度危險的“粒子海洋”，承受探測器原設計四倍以上的輻射，探測器為此付出了巨大的代價――部分儀器損毀，照相機被震碎，探測器內載記憶系統失去。2002年11月，探測器再度進入危險地帶，結果承受了相當於一天能殺人1000次的強烈輻射。這次，“伽利略”號探測器進入危險地帶后，搭載的系統會進入安全模式，但仍會頑強地向地球傳回大量的數據，幾個小時后，探測器將會徹底沉默，美國東部時間2003年9月21日下午16時，“伽利略”號將轉至木星的背面，緊接著，它將以10萬英里的時速撞向木星上空的雲層，由此產生的相當於太陽表面2倍的溫度和巨大的氣壓將在幾分鐘內將探測器化為烏有！

數百名科學家、工程技術人員和他們的家屬，聚集在帕薩德納的美國宇航局噴氣推進實驗室，遙送“伽利略”號走完最後一段路程。不少人已經在這個項目中工作數十年，探測器的隕落讓他們頗為傷感。一位名叫洛佩斯的科學家說：“對一位老朋友說再見，真有點難過。”墜落過程開始后，最後一任項目主管亞歷山大女士的眼睛也一度變得濕潤。

“伽利略”號雖然是一台無生命的機器，但它從孕育到墜毀過程中經歷的種種輝煌和挫折，讓科學家們難以割捨。

“伽利略”號探測計劃最早於上個世紀70年代初提出，1977年得到宇航局批准，但直到1989年才由“阿特蘭蒂斯”號太空梭送入太空。之後，探測器上的主天線曾出現故障，但地面控制人員最終找到了讓它發回探測數據的其他辦法。