外行星
我们太阳系的外行星是木星、土星、天王星和海王星,它们有时被称为气态巨行星,因为它们主要由气体和液体而非固体岩石组成。这些行星与地球相比极其巨大,仅木星就足以容纳1,300多个地球。它们距离非常遥远,木星距太阳约7.8亿公里,海王星距太阳约45亿公里。由于这些巨大的距离,航天器需要多年时间才能到达它们。尽管面临挑战,科学家们已经派遣了几次任务来探索这些遥远的世界及其众多卫星。
先驱者10号和先驱者11号航天器是第一批造访外行星的人造物体。先驱者10号于1972年发射,于1973年12月飞越木星,发回了木星的首批近距离图像,并发现木星的辐射带极其强烈。先驱者11号紧随其后于1973年发射,造访了木星和土星,成为1979年第一艘飞越土星的航天器。两艘先驱者飞船都携带了刻有人类图案和显示地球位置地图的镀金铝板,以防外星生命找到它们。这些任务证明航天器可以在危险的小行星带和木星周围的强辐射中存活。
NASA于1977年发射的旅行者1号和旅行者2号航天器是有史以来最成功的太空任务之一。两艘旅行者号利用了每175年才出现一次的外行星罕见排列,借助引力辅助造访了多颗行星。旅行者1号飞越了木星和土星,发现了木星卫星木卫一上的活火山以及土星光环的详细结构。旅行者2号是唯一造访天王星和海王星的航天器,于1986年到达天王星,1989年到达海王星。两艘旅行者号仍在从太阳系边缘之外发送数据,使它们成为距离地球最远的人造物体。
伽利略号航天器从1995年到2003年绕木星运行,为科学家提供了对这颗巨行星及其卫星最详细的观测。与只是飞越木星的旅行者号不同,伽利略号在轨道上停留了八年,绕行星飞行了34圈。它最重要的发现之一是强有力的证据,表明木星的卫星木卫二在其冰冷表面下有一个咸水海洋,可能潜在地支持生命。伽利略号还于1995年12月向木星大气层中释放了一个探测器,该探测器在被强大的压力压碎之前传输了约58分钟的数据。任务结束时,控制人员故意将伽利略号撞入木星,以防止它意外地将地球微生物污染木卫二。
卡西尼-惠更斯任务是NASA和欧洲航天局合作的项目,从2004年到2017年探索了土星及其卫星。卡西尼号绕土星运行了13年,发现了七颗新卫星,并以精细的细节研究了这颗行星的光环系统。它最令人兴奋的发现之一是土星小卫星土卫二表面喷发出的水冰喷泉,这表明地下存在海洋。惠更斯探测器于2005年1月从卡西尼号分离,降落在土星最大的卫星土卫六上,成为第一艘在外太阳系着陆的航天器。土卫六上竟然有湖泊和河流,但里面装的是液态甲烷而不是水。
NASA的朱诺号航天器于2016年7月抵达木星,至今仍在研究这颗行星。朱诺号以一条特殊轨道绕木星运行,飞越行星两极上空,使其能够研究木星深层大气、强大磁场和内部结构。这艘航天器发现,木星著名的大红斑——一场比地球还大的风暴——深入大气层的深度远超科学家的预期。朱诺号还发现木星的核心并非像之前认为的那样是一个固体岩石球,而是一团模糊的重元素混合物,散布在行星内部。它的相机捕获了木星涡旋云层图案的详细图像,看起来像画作。
虽然严格来说不是外行星任务,NASA的新视野号航天器于2007年飞越木星进行引力加速,前往冥王星。它于2015年7月到达冥王星,揭示了一个出人意料的复杂世界,有冰山、冻氮冰川和稀薄的大气层。离开冥王星后,新视野号继续深入柯伊伯带,于2019年1月飞越了一个形似雪人的小天体,名为阿罗科斯。外行星的未来任务包括于2024年发射的欧罗巴快船,它将研究木星卫星木卫二,以确定其海洋是否能支持生命。科学家们还计划探测土星的两颗卫星土卫六和土卫二的任务,它们可能拥有生命的基本要素。
探索外行星能帮助我们了解太阳系是如何形成的,以及它在数十亿年间如何变化。气态巨行星及其卫星就像一个实验室,可以研究地球上无法见到的规模的天气、地质和化学。在木卫二和土卫二等卫星上发现海洋,改变了科学家思考宇宙中何处可能存在生命的方式。这些任务还推动工程师开发新技术,如核动力航天器,它们可以在远离太阳、太阳能板无法工作的地方运行。每一次外行星任务都带来惊喜,提醒我们在我们的宇宙邻居中还有多少等待发现。