NASA朱诺号上的先进恒星罗盘可揭示木星的辐射动态

美国国家航空航天局（NASA）的朱诺号任务绘制了第一张全面的木星系统三维辐射图，揭示了较小卫星的影响和木卫二附近的辐射强度。科学家们利用朱诺号星载相机的创新技术，改造了这些设备来研究高能粒子，为木星磁层的行为提供了宝贵的见解，并为未来的任务提供了帮助。

6月13日，美国国家航空航天局的朱诺号宇宙飞船第62次近距离飞越木星，其搭载的朱诺相机（JunoCam）仪器捕捉到了木星的这一景象。公民科学家杰基-布兰卡（Jackie Branc）使用JunoCam的原始数据制作了这张图片。图片来源：NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS；图片处理：Jackie Branc (CC BY)

美国国家航空航天局"朱诺"号任务的科学家们绘制了第一张完整的木星系统三维辐射图。除了描述冰卫星木卫二轨道附近高能粒子的强度外，该地图还显示了木星环附近的较小卫星是如何改变辐射环境的。

这项工作依赖于朱诺号的高级恒星罗盘（ASC）和恒星参考装置（SRU）收集的数据，前者由丹麦技术大学设计和制造，后者由意大利佛罗伦萨的莱昂纳多公司制造。这两个数据集相辅相成，帮助朱诺号的科学家描述不同能量下的辐射环境特征。

利用美国国家航空航天局"朱诺"号上的高级恒星罗盘（ASC）星体跟踪器照相机提供的数据，这幅图显示了这次任务在航天器环绕木星轨道上不同点的辐射强度模型。图片来源：NASA/JPL-Caltech/DTU

ASC 和 SRU 都是低照度照相机，旨在协助深空导航。几乎所有航天器上都装有这类仪器。但为了让它们作为辐射探测器工作，朱诺号的科学团队不得不从一个全新的角度来看待这些相机。

来自圣安东尼奥西南研究所的朱诺号首席研究员斯科特-博尔顿（Scott Bolton）说："在朱诺号上，我们尝试创新使用传感器了解自然的新方法，我们已经将许多科学仪器用在了它们设计之外的地方。这是第一张该区域在这些较高能量下的详细辐射图，是了解木星辐射环境如何运作的重要一步。这将有助于规划下一代木星系统任务的观测。"

2022 年 9 月 29 日，美国国家航空航天局的朱诺号宇宙飞船在近距离飞越木星时，搭载的朱诺相机（JunoCam）仪器捕捉到了木星的卫星欧罗巴。图片来源：图片数据：NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS.图像处理：Björn JónsBjörn Jónsson (CC BY 3.0)

朱诺号的ASC由航天器磁力计吊杆上的四台星形照相机组成，它拍摄恒星图像以确定航天器在太空中的方位，这对飞行任务磁场实验的成功至关重要。但事实证明，该仪器也是木星磁层中高能粒子通量的重要探测器。照相机记录的是"硬辐射"，即以足够的能量撞击航天器并穿过 ASC 屏蔽层的电离辐射。

丹麦技术大学的科学家约翰-莱夫-约根森（John Leif Jørgensen）说："ASC每四分之一秒就会拍摄一张恒星图像。穿透其屏蔽的高能电子会在我们的图像中留下明显的特征，看起来就像萤火虫的踪迹。仪器的程序可以计算这些萤火虫的数量，从而准确计算出辐射量。"

由于朱诺号的轨道不断变化，该航天器几乎穿越了木星附近的所有空间区域。

朱诺号的扩展任务包括飞越木卫二、木卫三和木卫三卫星。这幅图描绘了朱诺号的木星轨道--"PJ"代表perijove，即最接近木星的点--从灰色的主要任务到蓝色和紫色的扩展任务的42个轨道。

ASC 的数据表明，相对于低能量辐射，木卫二轨道附近的超高能量辐射比以前想象的要多。数据还证实，木卫二面向轨道运动方向的一侧比月球尾部有更多的高能电子。这是因为由于木星的自转，木星磁层中的大部分电子都从后面超越了木卫二，而高能电子则向后漂移，就像鱼儿逆流而上一样，撞向木卫二的正面。

木星辐射数据并不是 ASC 对这次任务的第一个科学贡献。甚至在到达木星之前，ASC 的数据就被用来确定撞击朱诺号的星际尘埃的测量值。该成像仪还利用同样的尘埃探测技术发现了一颗以前未知的彗星，分辨出了由高速撞击朱诺号的微小尘埃喷射出的航天器小碎片。

木星为什么有星环？木星环是1979年由经过的旅行者1号宇宙飞船发现的，但它们的起源却是一个谜。1995年至2003年期间，伽利略号宇宙飞船围绕木星运行的数据后来证实，木星环是由流星体撞击附近的小卫星形成的。资料来源：NASA、JPL、伽利略项目（NOAO）、J. Burns（康奈尔大学）等。

与朱诺的 ASC 一样，SRU 也被用作辐射探测器和低照度成像仪。两台仪器的数据都表明，与木卫二一样，在木星环内或靠近木星环边缘运行的小型"牧夫卫星"（它们有助于保持木星环的形状）似乎也与木星的辐射环境相互作用。当航天器在与环卫星或高密度尘埃相连的磁场线上飞行时，ASC 和 SRU 上的辐射计数会急剧下降。SRU 还在从朱诺号独特的有利位置收集罕见的低照度星环图像。

SRU的首席联合研究员、美国宇航局南加州喷气推进实验室（JPL）的科学家海蒂-贝克尔（Heidi Becker）说："关于木星环是如何形成的仍有很多谜团，之前的航天器收集到的图像非常少。有时我们很幸运，可以拍摄到一颗小牧羊人卫星。这些图像能让我们更准确地了解环卫星目前的位置，并看到相对于它们与木星的距离的尘埃分布情况。"

朱诺号任务由美国国家航空航天局位于加利福尼亚州帕萨迪纳的喷气推进实验室管理，是旨在探索木星以深入了解这颗巨行星的起源和环境的"新前沿计划"的一个组成部分。该航天器由位于丹佛的洛克希德-马丁航天公司建造和运营，其关键部件包括丹麦技术大学开发的先进恒星罗盘和意大利佛罗伦萨莱昂纳多公司开发的恒星参考装置。在西南研究所首席研究员斯科特-博尔顿（Scott Bolton）的指导下，朱诺号有助于揭开太阳系中最大行星的神秘面纱。

编译自/ScitechDaily