03.07 人类的探测器能飞到木星,却不能接近,为何探索它难度如此之大?

孙华艺



木星是以罗马众神之王——朱辟特的名字命名的。它是太阳系中距离太阳的第五行星,也是最大的行星。木星有多大,你可以并排排列11个地球,从木星的一边延伸到另一边。

木星的质量也非常大,相当于317个地球的质量。



大约45亿年前,我们的太阳系就形成了。大约40亿年前,木星稳定在第五颗行星的位置上。

重力在创造行星的过程中扮演了重要角色,因为它将尘埃和旋涡气体聚集在一起。木星是气体巨行星之一,据信它吸收了太阳形成后剩下的大部分质量。



这就是为什么木星的物质是太阳系所有其他天体总和的两倍以上。木星和我们自己的太阳有着相同的成分,如果它长得稍微大一点,它就会点燃成为太阳系的第二个太阳。它的引力比地球大的多,人类探测木星需要更多的燃料。

木星主要由氢和氦组成,与太阳非常相似。作为一个气体巨人,深入大气层,才能发现温度和压力已经上升得非常大,氢气被压缩成液体形式。



液体氢给木星带来了整个太阳系中最大的海洋。科学家认为,接近木星中心的一半时,压力之大,电子都被从氢原子中挤出。

这将使液体处于导电状态,就像金属一样。人们认为木星的快速旋转足以驱动这个区域的电流,从而产生难以置信的强大磁场。木星的一天只有10小时,自转比地球的24小时快的多,再加上巨大的体积和质量,产生的磁场也比地球大的多,给探测器探测和通讯带来了难度。



科学家推测木星内部由三个区域组成:一个岩石核心,其质量是地球的12-45倍,主要由铁和硅酸盐矿物组成。

科学家认为它的温度可能高达50000摄氏度。第二个区域构成木星的大部分质量,它在核心周围有一层导电的液态氢。

第三个区域由普通的氢和一些氦迹组成,这就过渡到了木星的大气层。

木星是一个气体巨人,因此,并没有我们地球真正的“表面”,木星是由不断旋转的气体和液体组成的。

如果我们试图向木星发射登陆器,它就没有着陆的地方。航天器也将无法飞行,因为极端的温度和压力会挤压、蒸发和熔化航天器。

木星的风暴非常巨大,它们是在木星较暗和较亮的水平带边缘形成的。



最大的风暴是大红斑,它的直径接近25000公里。大红斑已经存在了几个世纪,它大到足以容纳两个地球。

科学家发现木星实际上释放的能量比它从太阳那里获得的能量多。

木星之大,以至于它的质量对自己施加了难以置信的引力,木星压缩自己这个过程产生的热量非常大,即便是木星也会变得超负荷,并将其抛向太空。


军机处留级大学士


木星是一颗气态行星,主要是液态氢组成。木星有“灵活的大胖子”的称呼,这是因为木星自转速度特别快,自转一周大约是9个多小时。赤道的自转线速度可达每秒12.6公里,如此高的速度,一小时是45360公里,比高铁的速度快,比出膛的步枪子弹快15倍,几乎与它绕太阳公转的速度(13.06千米/秒)相等了!可想而知,如此惊人的速度,无论是人还是探测器在瞬间就被撕成碎片。

木星的体积是八大行星中体积最大的,体积是地球的1300倍。质量是其他七大行星质量和的2.5倍。是太阳质量的千分之一,仅比太阳小。所以探测器要需要抵抗木星的巨大引力。

木星上的风速也很快,大概是130米/150米,最大风速达130~150米/秒。木星大气中充满了稠密活跃的云系。各种颜色的云层像波浪一样在激烈翻腾着。在木星大气中还观测到有闪电和雷暴。

木星的大红斑是一种涡旋风暴,直径大到可以容得下2至3颗地球。这个风暴的最大高度比周围的云层要高出约8km。

在木星大气中还有闪电和雷暴,尤其是外大气层的乱流和风暴。木星外层的大气温度很低,就算探测器可以顺利穿过木星外层大气,但是,随着探测器的进一步深入木星内部,温度却越来越高,压强也越来越大。在距离木星表面以下5000米处,氢由于高温高压变成了液态。所以探测器很难承受如此高的温度和高压,探测器还没来得及工作,就在与木星大气剧烈的摩擦和强大的压强下被摧毁了,可能直接被融化甚至蒸发,彻底消失在木星大气中。

科学家分析,木星可能有一个石质的内核,被一层含有少量氦,主要是氢元素的液态金属氢包覆着。内核上则是大部分的行星物质集结地,以液态氢的形式存在。木星内部就是这种环境,液态金属氢由离子化的质子与电子组成。

在木星内部的温度压强下氢气是液态的,而非气态,这使它成为了木星磁场的电子指挥者与根源,木星的磁场强度大约10高斯,比地球大10倍,含有高能粒子。木星还是天空中已知的最强的射电源之一。

木星是一个即能接收太阳的热量,而且自身内部也能产生的热量的天体,接收太阳的热量和自身产生的热量几乎相等。

可见木星是一个非常恐怖,即高温,又高压的气态星球,环境的恶劣,所有的探测器都无法着陆,只能一直往下掉,直到最后被压碎碎为止。

但是木星对于人类还有很多贡献,如果没有巨大的木星,外来的很多小行星撞击地球的几率就会增加,对于地球的安全起到了屏障的作用,比如1994年的比地球大300多倍的苏梅克列维九号彗星撞击木星,彗星最后化作21块碎片,而木星却安然无恙。如果没有木星的拦截,也许地球早就被毁灭的了。

我国古代人民称木星为“岁星”,是最有权利的年审神,掌管人们一年的祸福,主宰全年的运程。古人把太岁视为君王,建殿共奉。古人认为他不是凶神,而是守护神。明代《三命通会》说:“真太岁,又名转趾煞,要大运日主与太岁相和相顺,其年则吉;若值刑冲破害,与太岁相战克则凶。”与太岁相顺则吉,相逆则凶。清末民初的命算大家袁树珊说:“夫太岁,至尊,非煞也。”

如今随着行星际空间探测器的发射,会不断揭示出太阳系天体中许多前所未知的事实,包括恐怖的木星,伴随着科学技术的不断进步,相信会获得更多木星的信息。








若子不弱


人类的探测器能飞到木星,却不能接近,为何探索难度如此之大?

答:木星JUPITER是太阳系八大行星中体积最大的一颗行星。

●木星数据 :

赤道直径:142,984千米;离太阳的平均距离:778.300万千米;在轴上自转周期所需的时间:9.9小时 ;密度(水=1):1.3 ;表面温度-148℃;绕太阳运行所需时间:11.86年;大气成分氢氦、甲烷、氨、金属氢(重氢)、乙烷、水。


●太阳系最大的行星木星比地球大两倍。 两个车道接地可以并排安装独自在大红斑里,木星是第五颗离开太阳的行星,五彩缤纷的旋涡云带 。木星它们是被风驱动的,时速可达700公里,是因为地球在旋转非常快。 云是由冰冻的水、氨和其他晶体漂浮在的气氛氢和氦 。

●第一艘被送去探索木星的宇宙飞船是1973年推出的先驱10号和俄1号和1974年。 他们后面跟着旅行者一号和二号,它们都是在1979年飞过木星的,并发回了壮观的图像。 这个旅行者号的照片显示木星。 就像所有的巨人,都被污点包围着用非常细的灰尘做成的戒指。 它们还之前捕获了三颗小卫星天文学家不知道 伽利略号宇宙飞船于年到达木星。 1995年,而不是像以前那样飞过 飞船,它进入轨道是为了研究行星及其卫星数年伽利略号释放了一个小型探测器,降落伞降落到木星大气层它的工具收集了关于 温度,压力和 化学成分,用放射法测定回到地球 。


●木星上没有固体表面,穿过大气层,木星周围的巨大液体球变厚直到木星的岩心 。

●木星内部的含量是地球的两倍 与其他行星一样的物质PU 一起。 大部分是氢虽然就在行星上有一个多岩石的核心,在大气层之下,氢被木星挤压强大的地心引力 。木星深处的液体氢就像是熔化的金属。 它可以导电,它使木星具有很强的磁性,木星的磁力是4000倍,比地球还要强大。 这样的一种结果是磁力把木星变成一个强无线电发射机,木星没有固态的表面积,且大气层压力1Mpa;它的信号只能够用射电望远镜拍摄 4A木星的视图,其它探测器根本无法靠近,更谈不上着陆。

科普类文章,有意思。以上为个人观点,仅供大家娱乐娱乐。

知足常乐2019.9.10日于上海


知足常乐0724


木星是太阳系中最大的行星,直径接近14万公里,主要由90%的氢和10%的氦组成,还有少量的甲烷、水和氨,成分非常接近形成整个太阳系的原始太阳星云,质量是地球的317倍以上,作为太阳系中最大的行星,其质量是太阳系其他所有行星质量总和的两倍多。

提供了巨大的引力,木星云顶的重力势地球的2.5倍,由于气态行星没有固体表面,所以会一直随着重力往下坠落。气态行星没有固体表面,它们的气态物质只会随着深度的增加而变得更加密集。我们对木星内部的了解是高度间接的,而且很可能在很长一段时间内保持这种状态,主要原因是无法深入探索它——伽利略号木星轨道器释放一枚木星大气探测器被抛入木星的云层中,只下降到云顶以下约150公里处就被摧毁。

木星可能有一个岩石物质的核心,相当于10到15个地球质量。在行星核的上方,行星的主体以液态金属氢的形式存在,这种金属氢的形式只有在压力超过40万MPa时才有可能存在,液态金属氢由电离的质子和电子组成,但温度要低得多。液态金属氢是一种导体,也是木星磁场的来源。木星最外层主要由普通氢和氦气体组成,也有少量的水、二氧化碳、甲烷和其他简单分子。

木星有一个巨大的磁场,比地球的强得多。木星的磁层延伸超过6.5亿公里,因此,木星附近的环境含有大量被木星磁场捕获的高能粒子。这种辐射与地球范艾伦带中发现的辐射相似,但强度要大得多,对一个没有保护的人来说是致命的。

此外,木星和其他气体行星都有高速的风,在不同纬度范围风的方向相反,形成相邻的带。来自伽利略号探测器的数据表明,风速甚至超过每小时640公里,并一直延伸到探测器能够观测到的最远的地方,向下延伸数千公里进入内陆。木星的大红斑就是一场已经肆虐了至少300多年的风暴,大小足够容纳两个地球。


科学闰土


木星是太阳系中最大的行星,总质量是其它七大行星之和的2.5倍,是太阳的1/1000。它的元素构成与太阳相似,有75%左右的氢、24%左右的氦,其它1%是一些甲烷、水蒸气、氨、碳、乙烷、、氖、氧…


这些数据当然是人类探测器探测到的,人类为能更好的了解木星,美国在1927年就发射了第一个木星探测器——“先驱者10号”;后来又在1973年发射了“先驱者11号”;在1977年发射了“旅行者号;在1989年“伽利略号”升空,但它在2003年坠毁在木星之上;在2008年发射了“朱诺号”。这些木星探测器都为人类带来了大量木星数据。

木星上恶劣的环境

从拍到木星照片上我们知道木星是一颗有着斑斓花纹的,这些卷起来的云彩很是养眼。但这些美丽卷云都是木星上比地球还狂烈几百倍的风暴吹出来的,这些红色的云就是主要是磷元素构成。


木星上有一个个大小不一的红斑,每个红斑就是一个风暴,一个漩涡,这些风暴可以有几小时,也可长达几世纪。最大的大红斑可容下3个地球。

另外木星质量如此大,引力也是最大的,约有地球的350倍。1994年曾有一颗名叫“苏梅克-列维九号”彗星撞上木星之时,被木星巨大的引力撕成了25大块,然后像长长的列车一样一颗颗的撞在木星上,最终在木星上爆炸。

还有木星的内部氢相变区域温度高达9700℃~17500℃,压力有200Gpa;它核心温度达到35700℃~64300℃,压力有300~4500Gpa。不过它外大气层温度只-168℃。

木星还有比地球大14倍的磁场,高达4.2~14高斯。

为什么人类的探测器能飞到木星却不能接近?探测它这么难?

首先,人类探测要抵抗木星巨大的引力,“先驱者11号”运行轨道要距离木星最近也有4.6万千米;旅行者号距离木星在27.5万km之外,拍下了几千张木星照片。2008年发射的“朱诺号”进入木星轨道后,以65km/s的速度飞行,距离木星云层最近,才4667km。

这是非常危险的,但为了更详细探测木星内部构成,探测器仍要前往,就那句话“不入虎穴焉得虎子”?

果然“朱诺号”不负所望,发现了木星像个小太阳一样正在向宇宙释放巨大能量,这是由于它内部有28万K的温度,具有氢核聚变的条件,如果它质量再增加75倍,内部高压就能形成氢氦聚变反应了。

而木星正在不断收缩,天文学家推测再过几十亿年,核心压力就可以达到氢核聚变的条件。


弄潮科学


航天科技也是一直在朝着这个方向努力着,从第一次人类飞出地球,到人类实现太空行走,以及人类登陆月球,这都是人类历史上的伟大突破,而木星为什么一直不能探测呢?




首先是航天任务资金和优先级排序的问题:目前NASA的重点在于国际空间站,同时还忙着开展人类重返月球任务和火星载人任务。除此之外,还有人类健康这一重大问题:木星的辐射环境极不利于人类生存。朱诺号在重重保护之下还能侥幸存活,但即使这样也难保长久。

NASA目前的辐射指导方针规定,宇航员累积受到的辐射剂量只能使其一生中罹患癌症的概率增加3%。而此前由NASA好奇号探测器提供的测量数据表明,为时860天的火星任务(包括180天去程,500天火星停留时间,以及180天返程)将使宇航员总共接收1.01西弗的辐射,可能使患癌几率增加5%。



而木星的辐射环境可能比火星更为糟糕。2016年的一项研究指出,要想程度地避免辐射,宇航员也许需要在木卫二的冰层中工作,这样每年接收的辐射剂量可能只有0.3西弗。但无论是在木卫二表面,还是在木星辐射极强的辐射带中,环境都要严苛得多。

人类受到高剂量辐射时,会出现呕吐、眩晕、脱发等急性症状,严重者甚至可能死亡。但若为避免辐射、为宇宙飞船加装保护层,又会大大增加飞船重量,提高飞船发射难度。要打造合适的飞船防护层,也许还需运用更先进的技术。



所以只能等待日后科技再发达一些,技术再先进一些,科学家们能研制出一些适合人们登陆的物品时,我们再考虑登陆木星吧!毕竟,除了探索科学之外,我们人类的生命还是最重要的了!


河北薛之谦


人类的探测器能飞到木星,却不能接近,为何探索它难度如此之大?

木星应该除了太阳和月亮以外人类看到其圆面的第三个天体,当伽利略将望远镜指向木星时人类的视野瞬间从肉眼观测的时代升级到了光学望远镜时代。数百年以来人类对于木星总是无比着迷,巨大的木星红斑与迷人的条纹更是趋之若鹜。而且所有前往太阳系外行星的探测几乎都会路过木星,甚至我们可以这样说,木星太阳系中最大的路人甲。

哈勃拍摄的木星紫外波段照片

木星探测史

第一个路过木星的探测器是先驱者10号,第二个是先驱者11号,第三个是旅行者1号,第三个是旅行者2号。

比较有意思的是旅行者一号和二号,一号先飞跃,这符合常理是吧,但其实是旅行者二号提早半个月发射的,但旅行者一号速度比二号更高一些,它在火星外侧的小行星带超过了二号,成为了第三个造访木星的探测器。

木星整整做了5次路人甲,在1995年它终于卸掉太阳系内最大的路人甲称号,迎来了它作为主角的时代,伽利略探测器是专门为了木星探测而来。在1989年10月18日被亚特兰蒂斯号航天飞机带上近地轨道伽利略告别地球,并于6年后进入木星轨道,展开了为期7年的观测任务,最终为避免污染木卫二,在2003年9月21日冲入木星大气层,为探测木星大气层做了最后一次贡献。

这里不得不提一下伽利略探测的悲剧事件,它的高增益天线由于冷焊无法在展开,结构就是导致它的传输速率大大降低,不过后来改善了压缩算法,最终伽利略还是圆满的完成了任务。

伽利略可控坠毁后,木星又成了路人甲,除了2007年2月28日新视野号飞掠木星后,一直到了朱诺号2016年7月5再次造访木星。比较有意思的是朱诺号还带了向伽利略致敬的徽章!

这个铭牌是意大利太空总署提供,上面的文字是伽利略1610年1月的木星观测手稿以及伽利略的肖像。另外三个乐高人偶像,分别代表伽利略、朱庇特(罗马神话的木星之神)以及他的妻子朱诺,因为这颗探测器就是以朱诺命名的。

要注意下的是朱诺号探测器原本计划的观测周期是20个月,但它现在还在轨道上继续运行,并且打算观测到2021年后再受控坠毁。

木星的可怕之处

木星的直径约为139822±12 km,它的质量约为太阳系出太阳以外所有行星的2.5倍,木星最可怕之处:它的大气压也许是大家第一个能想到的,因为木星是一颗气态巨行星,从外到内没有一个明显的界面,因此掉入木星会一直沉到被压碎为止。

大红斑应该是各位能想到的第二个可怕的地方,大红斑南北宽度:14000千米,大红斑东西长度:20000~30000千米,边缘风速高达120米/秒。从伽利略时代到现在,虽然规模有些减小,但从未停息。

大红斑下的木星云层想象图

木星巨大的质量导致它的逃逸速度高达59.5 km/s,简单的说人类到现在为止,只有那个传说中达到了最高速度的核弹发射井井盖能从木星逃逸(70km/s),其他就不要指望了,能下去但绝对上不来,因为以人类这点微末道行还制造不出能够加速到60km/s的飞行器。

木星真正的可怕之处并不在于其表面,而是在其看不到的地方,比如木星超强超大的范艾伦辐射带

早在伽利略探测器时代就在木星环与高层大气之间新发现一个超强辐射带,与地球周围的范艾伦辐射带类似,但强度是范爱伦辐射带的10倍左右,其中还有高能的氦离子。

因此朱诺以一条怪异的轨道穿过木星的超强辐射层,它的近木点距离只有4300千米,而远木点这超过木卫四的轨道(188万千米),这个目的就是为了穿过木星磁层之间的间隙,并且尽可能少在这个区域逗留,因为这是一个被称为木星微波炉的地方。即使在地球上的近地轨道上,航天器也尽量避开地球的范艾伦辐射带,比如国际空间站就在400千米左右的轨道运行。

范艾伦辐射带:指在地球附近的近层宇宙空间中包围着地球的高能粒子辐射带,主要由地磁场中捕获的高达几兆电子伏的电子以及高达几百兆电子伏的质子组成,地球的范艾伦辐射带分为内层(1500-5000km)外层(13000~20000km)

木星作为路人甲的贡献

不知各位有没有发现,所有路过木星的探测器动机都是不纯的,“无事献殷勤,非奸即盗”是对这些探测器最好的形容,因为它们都是去揩油的,都想利用木星的公转速度以及它巨大的引力来一次引力弹弓,这就是它们路过木星的真正目的。

这副GIF动图就很好的解释了为什么可以利用行星的引力来加速(引力弹弓),担任也可以变轨与减速,而其中最经典的是莫过于旅行者二号探测太阳系所有外行星的故事,利用行星的引力弹弓一颗颗接力下去,一直到冥王星,优点是节省燃料,缺点是有点耗时间,因此2006年发射的新视野号,就只利用了一次木星的引力弹弓就直接前往冥王星,因为它的速度够快,时间更重要。

另外各位可不要忘记了木星作为太阳系最大的行星,也是挨炮最多的行星,毕竟它的个头放在那里,其引力可是俘获了不少小行星的“芳心”,称为绕其运行的卫星,当然这个一不留神来个璧咚或者满怀也是非常正常的事情。

另外法国几位天文学家还折腾出了一个尼斯模型,认为木星刚形成时木星轨道还要靠外,但由于轨道共振的关系木星轨道渐渐迁移到了现在的轨道,而这个扰动给内行星带来了数不清的彗星,听说地球的海洋就是那会打下的基础。

所以,木星可怕吗?


星辰大海路上的种花家


木星是太阳系八大行星之一,轨道排在火星的外侧也就是“第五号位置”。都说木星是一颗失败的恒星,它的组成成分和恒星比较类似,主要是氢(90%左右),其次是氦。木星的质量是太阳的千分之一,是其他七颗行星总质量的2.5倍,距离地球在6.3-9.3亿公里之间。
图:地球和木星的大红斑对比

木星作为一颗距离地球最近的气态巨行星,人类对于它的兴趣可以说是很浓厚的,对于太阳系内行星的探测除了金星、火星之外就是木星较多了。首先四个星际探测器都对木星进行过探测,1972年3月份发射的先驱者10号探测器,飞行了将近两年的时间,在1973年10月份飞掠木星,拍摄了大量的木星图像。
同系列探测器先驱者11号随后发射,在1974年12月到达木星,距离木星表面最近只有4.6万公里。先驱者11号探测器探测了木星的磁场、辐射带、温度、等,并且首次看到了木星的南极区域。接下来的就是旅行者号姐妹,都飞掠了木星拍摄了大量的图像。



在后续NASA又发射过专门探测木星的探测器,例如伽利略号木星探测器,1995年进入环绕木星轨道,执行任务14年绕木星大约34圈在2003年受控撞入木星。伽利略号探测器详细的探测了木星,并且在刚进入木星轨道后就发射了一个小的探测器主动撞入木星,近距离探测木星获得重要数据。而最新的木星探测器是朱诺号,目前仍然在轨执行科学任务。

对于木星的探测只能是绕其轨道运动,变成它的卫星,木星作为气态行星理论上是没有表面的,并且有着明显的分层结构,由于温度压力的不同,分别为气态层-液态氢-金属氢,最内层是金属氢包裹的岩质内核。


通常默认木星大气压强等于1MPa,也就是十倍大气压强的位置作为木星的表面。伽利略号木星探测器曾释放木星大气探测器,这个探测以每秒48公里的速度进入木星大气层,表面承受着14个大气压强,近千摄氏度的高温,随着探测器的下降温度、磁场、压力的增强,最终只工作了1个小时左右就失去联系了。


科学黑洞


在太阳系九大行星中,人类最有可能靠近并登陆最后定居的行星只有火星一个,其它八大行星不但距离地球非常遥远而且不具备人类移居的条件,有的甚至连探测器都无法靠近。像木星这种具有强大引力的天体,经常会捕捉一些靠近它的小型彗星并用强大的引力把他们撕裂成碎片高速坠落撞击销毁,所以哈勃太空望远镜经常拍到木星上大大小小无数的陨石坑,这就是木星强大引力撕裂小彗星坠毁自身的杰出成果。假如人类的探测器飞行轨道误入了木星临界的引力范围之内,粉身碎骨就是最后的结果,所以哈勃望远镜和其它探测器拍摄的木星照片都是在距离木星遥远的光年之外,大多都是趁着木星的近地轨道来临的时候把握机会补拍的。所以木星的图影资料是科学家费了九牛二虎之力得到的,非常珍贵难得。


木子李UFO


木星在我们这个太阳系里是一颗最大的气态型星球,因为它自传的速度快,所以他的引力非常的大。凡是靠近它一切东西都会被它吸收了。人类目前派上去的观测卫星也只能在木星的运行轨道外很远地方观测,人类目前用哈勃望远镜所能观测到就是木星上的著名的大红斑,它就像一只巨人的大眼睛,小伙伴们那可不是红斑,也不是眼睛,而是在木星上肆掠上亿年巨大风暴云团,是由木星上的闪电和各种大气中的化学物质组成的巨大龙卷风,这可是名副其实狂暴星球,光大红斑就可以装下十个地球,科学家观测凡是撞像地球而来的小行星在经过木星时会被木星巨大引力改变轨迹,甚至被木星直接吸收,可以木星由于它的体积庞大也充当了地球保护伞行当


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