天文知识 | 天文史上的9月

原创 卢瑜 天文爱好者杂志 2023-09-21 15:30 发表于北京

天文史上的9月

20年前　2003年9月21日，伽利略号探测器在燃料即将消耗殆尽之际，为了避免可能对木卫二造成碰撞和污染，最终受控撞向木星，并烧毁在木星的大气层中，结束了长达8年的木星探测任务。伽利略号探测器是第一颗专为木星探测而设计并发射的探测器，为人类了解木星及其系统做出了巨大贡献。

艺术幻想画，画中的伽利略号探测器正在经过木卫五附近，而背景正是壮观的木星。图源：Michael Carroll and NASA

我们仰望夜空，最容易注意到的还是行星。比如，金星总会显得更加明亮，闪耀在夜空中，极为瞩目；火星却有着标志性的红色，也很容易吸引人们关注的目光。相比之下，夜空中的木星亮度也很高，但是却与金星风格完全不同；再结合它1年左右的会合周期，相当于每年在黄道上移动一个星座的位置，运行一圈正好是12年，所以这个特点让木星在不同的文化中，都透露出一股稳定而庄严的风范。

人类对于木星的观测有着很长的历史。在目视观测的时代，人们已经能够较为精确地绘制出木星的轨道，并感觉到这个天体有着不小的个头。在我国古代，木星便因其运行位置特点，被称为“岁星”；而在《史记》一书中，因其偏青色的外观，司马迁按照五行理论，正式将其称为“木星”。到了1610年的冬天，伽利略首次把自己的望远镜对准了木星，在对木星看得更清楚的同时，还发现了它的4颗卫星，这也再次促使人们对宇宙的结构重新开展思考。到后来，胡克、惠更斯、卡西尼等人也对木星进行了较为细致的观测，并绘制了木星表面的一些云带、斑点和不规则分布的特征。总之，随着地面望远镜技术的不断进步，对木星看得越清晰，相应的了解也就越深入。

人类对太空中天体的探索，历来就是希望离得越近越好。现在，我们已经知道木星是太阳系内最大的一颗行星，其质量甚至比其他的几颗行星总质量还要大；因此，对其投以了最大的关注，便不足为奇。

木星距离我们实在是太过遥远，相比日地距离只有1个天文单位，木星与太阳的平均距离达到了5.2个天文单位，约有7.7亿公里，显然，对木星的探测也并非易事。即便如此，从最早的先驱者10号和11号、旅行者2号和1号等几个我们所熟知的星际探测器开始，人类便对木星的近距离探测投注了极大的热情。

伽利略号探测木星系的飞行任务过程示意图。图源：董捷、孟林智等；北京空间飞行器总体设计部

由于技术手段和其他条件限制，早期飞往木星的探测器，大多是飞越探测。1973年12月4日，著名的先驱者10号首次近距离飞越木星，最近处相距仅有13万公里，并发回了诸多照片和数据。随后的先驱者11号、旅行者号、尤利西斯号、新视野号等几个探测器先后“路过”木星并开展了飞越探测，对木星及其卫星展开了红外成像、粒子和磁场探测等活动，这类飞越的过程也基本属于“一锤子”买卖。

1989年10月18日，美国发射了伽利略号探测器。这是人类首次针对木星的环绕探测任务，它借助当年伽利略首次用望远镜观测、并有着重要的发现，因而以他的名字来命名。

伽利略号的轨道也很有意思，在经由亚特兰蒂斯号航天飞机的发射后，探测器进入了地球-木星转移轨道，而在这个过程中，还分别经过金星-地球-地球的三次引力弹弓效应，借助大行星的引力助推，再长途奔向木星附近，这期间还顺道拜访了两颗小行星加斯普拉（Gaspra）和艾达（Ida）。

伽利略号拍摄的木卫一高清照片，这是太阳系内分布着火山最多的天体。图源：NASA/JPL/University of Arizona

1995年12月7日，在发射6年后，风尘仆仆的伽利略号探测器被木星的引力所捕获，顺利进入了环绕木星轨道，成了木星的一颗人造卫星。如果木星上真的有智慧生命能够看到它的话，想必也会对此景感到诧异吧。作为首次环绕木星探测的任务，伽利略号给我们带来了太多的重要成果。

这包括：在木卫二的冰壳层下，发现了一个覆盖全球的液态水海洋；磁场监测数据显示，在木卫三和木卫四上可能也存在着巨大的液态盐水层；发现了小行星艾达居然还有一颗小卫星；发现了木卫三上存在着磁场，这是在太阳系内发现的首个有磁场存在的卫星；在木星的大气层中发现的巨型雷暴，甚至体积比地球本身还要大；木星大气的元素丰度与当前太阳的有所不同，这说明木星也一直在持续演化之中；木卫一上有着剧烈喷发的火山，其大气活动甚至与木星大气存在互动效应；以及研究了木星暗弱光环的结构，并推测其内部的物质可能来自自身卫星的撞击产生的尘埃，等等。

木卫二覆盖着厚厚的冰层，表面充满着纵横交错的沟槽结构。图源：NASA/JPL-Caltech/SETI Institute

作为一项设计精密的太空任务，伽利略号最终环绕运行了34圈，先后多次飞越了木星的5颗卫星进行抵近观测，从地球开始起算，总共运行的距离超过了46亿公里。甚至在1994年7月，正值飞往木星的途中，在距离1亿公里的地方，对当时著名的“彗木大碰撞”进行了观测和拍摄，并得到了大量的珍贵数据和照片。

2003年，在探测器燃料即将耗尽的时候，考虑到它来自地球，自身可能携带的微生物，以及探测器使用的具有放射性的供电系统，这些都有可能会对木卫二的生态造成影响；科学家们决定在受控的状态下，引导伽利略探测器撞向木星。

2003年9月21日下午3点40分，在接收到最后的信号后，探测器失去了联系，此时它的速度达到了47公里/秒。这个2.2吨的大家伙就此终结在木星浓厚的云层之中。

对于科学探索而言，这既是终点，又是起点。对于太阳系内的天体尤其是几大行星的探索，一直在推进之中。就在今年的4月14日，欧空局发射的木星冰卫星探测器（JUICE）顺利起航，奔向木星的几颗大卫星，并计划围绕其中最大的木卫三运行，成为第一个绕月球以外的天然卫星飞行的探测器。

我国在天问一号成功落火以后，也将在未来五年，继续实施月球探测工程、行星探测工程，论证太阳系边际探测等实施方案。相信在未来，不仅是木星，太阳系乃至银河系和更大的范围里，都会逐渐充满我们的探索印记。

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165年前

1858年9月10日，美国天文学家乔治·塞尔（George Mary Searle）在小行星带发现了编号为55的小行星——祸神星（Pandora）；

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1953年9月28日，美国天文学家埃德温·哈勃（Edwin Powell Hubble，1889年11月20日—1953年9月28日）逝世。他首先发现并研究了红移现象，并发现了哈勃定律，这也是宇宙膨胀的有力证据。哈勃建立了大尺度宇宙的概念，被认为是星系天文学的创始人。著名的哈勃太空望远镜，便是以他的名字来命名；

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1968年9月14日，苏联成功发射了“探测器5号”（Zond 5）无人月球探测器，并于随后的9月21日成功返回地球。这也是首个完成绕月飞行并返回地球的探测器；

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2003年9月12日，日本于此前4个月发射的“隼鸟”号（Hayabusa）小行星探测器，成功进入了小行星25143（Itokawa）的环绕轨道；

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2008年9月25日，神舟七号飞船在酒泉卫星发射中心成功发射，执行任务的乘组成员为航天员翟志刚、刘伯明、景海鹏。此次是我国的第三次载人航天飞行任务，并在随后的9月27日，由翟志刚执行了我国第一次太空行走任务；

15年前

2008年9月28日，SpaceX公司成功发射了猎鹰1号（Falcon 1）运载火箭。这是私营企业首次实现成功发射液体运载火箭；

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2013年9月12日，NASA宣称旅行者1号探测器（Voyager 1）已经离开太阳系，进入到星际空间。这是第一个进入星际空间的人造飞行器，并继续朝着银河系的中心部位前进。