《NASA 9大太空任務》:下一趟火星任務、下個世代的太空天文台

《NASA 9大太空任務》:下一趟火星任務、下個世代的太空天文台
藝術家概念創作,描繪韋伯太空望遠鏡在太空中的景象|Photo Credit: 聯經出版提供

我們想讓你知道的是

讓我們看看好幾項即將來臨的新任務,全都是非常獨特又令人振奮的機器人宇宙探索,包含「貼近研究木星:朱諾號」、「火星生物學探測計畫」、「下個世代的太空天文台:詹姆斯.韋伯太空望遠鏡」等。

文:南西・阿特金森(Nancy Atkinson)

前瞻未來:值得關注的任務和發現

貼近研究木星:朱諾號
發射:2011年8月
抵達:2016年7月
任務結束:2018年2月(延長至2021年7月)

木星是我們這個太陽系的最大質量行星,它還有五花八門的衛星,以及一片碩大磁場,這處獨一無二的世界,就像個迷你太陽系。科學家曾表示,認識木星並了解它如何形成,可以幫忙解答許多問題,而且不只是關於這顆巨行星,還包括整個太陽系是如何匯聚成形。

一趟新的木星任務從2016年7月開始,那就是朱諾號(Juno)太空船抵達的時期。朱諾號正逐步破解這顆巨行星的謎團,它採行一條罕見的創新軌道,以一組七項科學儀器,投入調查木星的起源,它的內部結構,以及它的大氣和磁層。此外,它還另有一架相機,名字就叫做朱諾相機(JunoCam),往後會交由學生和一般大眾來使用,負責拍攝這顆氣體巨星的照片,包括歷來頭一批木星極區影像。

「朱諾號結合了好幾項創新科學和任務設計概念,」朱諾號計畫經理,噴射推進實驗室的里克.尼巴肯(Rick Nybakken)說,「這是我所曾參與的任務當中,設計最好、最優雅的一項。」

尼巴肯說明,閱讀任務企劃案時,他只覺得美好得令人屏息。從史無前例的貼近調查木星,到太陽能板的創新使用方式,這艘不斷自轉的太空船,攜帶了滿船的儀器酬載,採行前所未見的手法,來研究這顆氣體巨星。

朱諾號工程師的設計成果,讓這項任務得以使用太陽能板,在朱諾號之前,還從來沒有哪艘這般遠離太陽的太空船,動用了太陽能板。朱諾號環繞木星運轉時,太陽能板始終朝向太陽,而且它從來不進入行星後面。朱諾號的軌道設計,不只讓這趟歷史性太陽能任務得以成真,還確立了朱諾號的特有科學軌道。

「朱諾號的軌道呈橢圓形,引領它來到木星的輻射帶內緣與行星之間,而且約只高出雲頂5,000公里。」尼巴肯說,「這麼靠近木星可說史無前例,也從來沒有其他任務,在這麼靠近木星的地方執行它們的科學任務。我們可以說就是待在木星的正上方。」

為什麼這麼接近一顆以嚴酷輻射著稱的行星?「為實現朱諾號的突破性科學測量,我們必須在比先前任何任務都更貼近木星的地方運作。」尼巴肯說道,「儘管在陌生領域運作有其風險,我們花了許多時間思考那是哪些風險,還有如何把它們降到最低。」

朱諾號要花14地球日才能完整環繞木星一周,而任務規劃員設計的軌道,可以使太空船承受的輻射量減至最少,起碼在任務早期是這樣。此外,太空船的電子組件絕大部分都安置保護在一個特製的鈦輻射艙裡面。

「使用輻射艙來保護我們的電子組件,大大降低了重新設計的需求,而就一般來講,在木星劇烈輻射環境下運作,這都是必要的。」尼巴肯說明,「較輕微的重新設計,釋出了更多資金來投入朱諾號的強大科學酬載。我認為朱諾號是一項科學精心傑作,在這裡面納入了眾多創新概念,合併形成一項具有科學突破,卻也非常有凝聚性的任務。」

特殊儀器投入研究木星的輻射帶和磁層、內部結構和動盪大氣,同時提供壯麗特寫影像來呈現行星景象。

「朱諾號確實是一項以取得資料為原動力的任務,」史蒂夫.萊文(Steve Levin)說明,他是朱諾號計畫科學家,同樣在噴射推進實驗室服務。「它的驅動力量是要趁我們還能辦到,及時取得資料。」

朱諾號約只能繞行木星20個月(大約繞軌37圈),這是由於輻射環境最終會讓太空船無法運作。

「談到善待儀器這方面,木星帶來了許多麻煩。」萊文說道,「不過那是依我們期望來進行測量的代價。」

萊文預想的資料,大半是關於木星的全球水豐度值。若只根據僅有的另一項環繞木星任務,從1995年到2003 年待在木星的伽利略號探測器(Galileo spacecraft),則這項資料仍是個未解謎團。那項任務產生了許多新發現,不過它也留下了一些未解疑點。那項任務包含一架降入土星大氣的探測器。

「探測器幾乎找不到絲毫水分,」萊文說明,「而那是等待解決的一項謎團,因為知道木星有多少水,是了解那顆行星如何形成的關鍵。有可能那枚探測器是去了一處沒有水的地方。所以朱諾號不會只測量一處或少數地方,它還會使用一款能測量整個大氣含水量的微波儀器。這確實有很大的好處。」

其他儀器還會研究磁場、行星內部和更多事項。萊文說明,他期盼能見到前所未見的事物:木星的兩極。

「若能知道兩極是什麼模樣,那就太好了,」他說明,「而且我很興奮,我們用可見光相機能拍出這樣的成績。我們盡我們所能,讓朱諾相機成為屬於民眾的儀器。我們會徵求民眾協助,挑出該看哪裡,並盡快發表拍得的影像。」任務影像可以從這個網址取得。

任務預計在2018年2月結束(編注:2018年6月7日,NASA 公布朱諾號主要科學任務將延長至2021 年7 月),到時朱諾號就會脫離軌道,墜入木星,以免意外汙染木衛二,因為我們認為木星的那顆衛星可能有適居環境。就如卡西尼任務,執行受控脫離軌道是航太總署行星保護指導方針的要件。

下一趟火星任務:火星生物學探測計畫(EXOMARS)
發射:2016 年3 月
抵達火星:2016 年10 月

火星生物學探測計畫(ExoMars)2016 年任務是歐洲太空總署和俄羅斯的俄羅斯航太(Roscosmos)的一項協同任務,計畫要派遣一雙歐洲建造的

太空船前往研究火星:火星微量氣體探測軌道器(Trace Gas Orbiter)和斯基亞帕雷利號登陸器(Schiaparelli),登陸器部分是個進入、下降和登陸器模組。軌道器負責掃描甲烷氣訊跡,甲烷是生命的一種可能徵兆,也可能只代表如今發生在火星上的非生物地質歷程。架設在地球上以及好奇號漫遊車上的望遠鏡業已偵測到神祕的甲烷成分,這趟任務期望能提供更多資料,洞察火星上為什麼似乎一直生成這種快速衰變的氣體。軌道器還會研究火星的環境,尋找水的訊跡,也研究該行星地表。

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Photo Credit: 聯經出版提供
藝術家概念創作,描繪火星生物學探測計畫/火星微量氣體探測軌道器任務執行情況。

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