摘要：上文书讲到了，伽利略号释放了木星大气探测器，对木星的大气层进行了探测。传回的大量数据都被伽利略号给记录下来，然后慢慢传回地球。但是偏偏这个记录装置出问题了。
上文书讲到了，伽利略号释放了木星大气探测器，对木星的大气层进行了探测。传回的大量数据都被伽利略号给记录下来，然后慢慢传回地球。但是偏偏这个记录装置出问题了。
NASA相对来讲比较保守。当时采用的设计方案和元器件都比市场上要落后得多。90年代已经有机械硬盘了，但是NASA没敢用，因为机械硬盘对于振动的耐受度并不好，所以NASA还是采用了磁带机作为储存设备。不是那种小时候见到的录音带，是一种大号的盘式磁带，大概是114兆的容量。小录音带只有600K的容量。磁带的容量多半比磁盘要大得多。到现在也依然是如此。
话又说回来，如果高增益天线工作正常，所有的数据都能及时传回地球，磁带机也就没那么重要了。现在高增益天线不能正常工作，很多数据都需要先存储在磁带机上，然后选择最有价值的数据传回地球，磁带机带就成了非常关键的部件。偏偏就在这个节骨眼上，这个磁带机卡带了。
磁带机
为了防止磁带粘连，一路之上，磁带机经常要时不时倒腾一下倒带。磁带要从一个盘子，卷到另一个盘子上，也不用全卷过去，卷一半就行。磁带机记录数据也比磁盘要麻烦，比如说就在探测器靠近木星的时候，拍摄的数据往磁带机上记录，记录完了以后，你要把这些数据读出来，需要倒带，然后播放，这些数据才能被再次读取。偏偏倒带就是没法倒到头。刚才拍的一大串照片，最开头的几张读不出来了，这可要了命了。
伽利略号的轨道非常特殊，它并不是老老实实的绕着木星表面转圆圈，而是走长椭圆轨道，因为它要研究木星的磁层结构，必须深入浅出，长椭圆轨道是最合适不过的了。同时，伽利略号还要拜访木星的几颗大卫星，所以时不时就要变轨。所以伽利略号经常要穿过木星的辐射带，也就是高能粒子最多的地段。这些高能粒子对探测器是有损伤的。
伽利略甚至穿过了一大片沙尘暴，原本周围的环境都是高度的真空。平均下来3天才能遇到一个尘埃粒子。宇宙里的物质就是这么稀疏。但是靠近木星以后，当时伽利略号距离木星6300万公里，粒子开始就急剧增多，每天能探测到2万多颗。而且粒子的尺寸大概是5~10纳米的样子，和香烟烟雾的颗粒大小差不多。
尘埃颗粒跟香的烟雾颗粒差不多大，但是没有这么浓密
伽利略号飞了好几个月，才穿越出这片尘埃云。这片尘埃云到底是怎么形成的。为啥没有被木星强大的引力所吸收，这还有待研究。当然，这些尘埃颗粒对于伽利略号的元器件也是有损伤的。
所以，科学家们分析，磁带机倒带的问题是一个发光二极管出毛病了。这个发光二极管的材料是砷化镓。这个东西对带正电的质子非常敏感，如果遭遇大量质子轰击，会导致半导体的内部结构产生缺陷，发光会减弱。你要知道，如何知道磁带盘子转了几圈，转到哪个角度，其实就是用一对光电器件在读取编码轮，大家拆开鼠标器看一下，看看中间那个滚轮中间是镂空的一圈小格子子，你转滚轮，格子会来回遮挡光束，这些时断时续的脉冲信号，就是同步编码。现在就是这个光电器件出了毛病。
地面的工程师没办法，只能让这个发光二极管常亮，先烤上一个钟头。热量有助于修复半导体材料的缺陷。然后呢，关灯冷却。来回冷热循环100个小时，这个发光管能正常工作一个钟头。然后就又不行啦。必须在折腾100个钟头。就这样，慢慢把头上的数据给读出来，发回了地球。
这么干太麻烦了，太耽误时间，最后地面的工程师决定，头尾的磁带就不要用了。地面人员写程序，控制磁带机盘子绕了25圈磁带，以后读写数据，就从这里开始，头上的25圈咱不要了。这个问题算是凑合解决了。
大气探测器的数据就保存在这些磁带上，然后用那个可怜的低增益天线一点一点发送回地球，从地球到木星，无线电波走一趟要花37分钟，延迟很大。等到数据传回去以后，科学家们对这些数据展开了分析。
总而言之，探测器观测到的闪电和水汽比预期少，但风力却更强。科学家原本预计风速最高可达350公里/小时，但实际检测到的风速高达530公里/小时。这就意味着，这些强风并不是由阳光产生的热量驱动或水蒸气凝结导致的，而是源于内部热源。
木星的质量很大，达到了318个地球质量。但是密度却很低。直径大约是太阳的10%，质量大概是太阳的1‰，由此可见，太阳的密度和木星是差不多的。只不过太阳足够大，内部可以产生核反应，木星不行。那么木星的内部的热量是怎么来的呢？其实就是靠木星的收缩。木星的直径要是每年收缩2厘米，内部产生的热量就比从太阳获得的热量更大。
说实话，木星、土星、天王星和海王星这4个巨型气体球距离太阳实在太远了，它们从太阳那里真的获得不了多少热量，主要还是靠自身的收缩来产热，这是一个普遍规律，
探测数据表明，木星大气之中含有氨和硫化铵，但是氨和硫化铵云层比预期稀薄许多，而且没能检测到水蒸气云。这是首次在另一颗行星的大气中观察到氨云。木星大气从深层上升的物质中形成了氨冰颗粒。木星上的云层可能都是这种冰晶颗粒组成的，而不是小液滴。我们地球上的高层云，其实也是微小的冰晶颗粒。
当然啦，你千万别觉得这些冰晶颗粒很冷，木星大气内部的温度一点都不低。纯粹是因为压力太大，才导致氨气变成了固体。
木星大红斑云层想象图
正因为木星内部也产热，而且比太阳提供的热量更多。所以有很多现象出乎大家预料。顶层大气的热量主要还是来自太阳，而且顶层大气也比较容易测量，最外层风速达到290~360公里/小时，和以前测量的结果差不多。但在1~4巴的压力层，风速急剧上升，随后稳定保持在约每小时610公里的高水平。内部风速为啥这么快，因为里边热量更多。
另外，木星大气之中包含的氮、碳和硫的丰度是太阳的三倍，这些玩意儿到底是哪里来的呢？我们认为，木星和太阳差不多是在同一片气体云之中诞生的，成分也应该差不多啊。这种差异是怎么造成的呢？当时就有科学家怀疑，是不是有什么其他的天体被木星给吞了，导致木星的这些重元素超标呢？这可就没准了。天知道太阳系刚诞生的那些年里，究竟发生了些什么事儿。那个时代，木星估的尺寸计足有现在两倍大。后来慢慢收缩，变得越来越小了。
对了，当时伽利略号的这个大气探测器检测到的水分很少，因为水分少，水形成的云层也少，因此闪电也比预计的要少，这就很奇怪了。你想啊，彗星撞木星啊，这事儿不是刚发生过嘛。木星遭到彗星撞击的概率比地球高了两千倍啊，如果彗星是个含有大量水分的脏雪球。这么多的彗星撞进木星，带来的水分不至于这么少吧。
所以啊，当时的科学家们就感到奇怪，彗星给地球带来大量水的这个理论是不是有问题啊？但是，木星大气缺水的这个结论后来被推翻了，这可能是伽利略号扔下去的那个大气探测器可能刚好飞到了一个含水稀少的大气层就被压扁了。于是最后报回来的数据就是这么个半截子的结论。后来的朱诺号探测器推翻了这个结论，不过这是后话了，我们讲朱诺号的时候再说。
行星胚胎想象图
不过呢，另外一个现象更加奇怪，那就是木星上的稀有气体（氩、氪和氙）丰度高达太阳含量的三倍。这几个神仙可真的不好请啊。木星若要捕获这些气体，当时的温度必须比现在低得多，约为-240°C。这说明什么呢？要么当时木星距离太阳更远，或者在太阳系形成的时候，这里的温度比现在低得多。
因为特殊的长椭圆轨道，伽利略号绕着木星转一圈往往要两个月。这还是不是最夸张的，伽利略号还经常借助木星的大卫星来改变轨道，最长的绕行周期能达到200天。说实话，对于木星这么个流体组成的球，能探测的细节真的不多。它那些固体的卫星，细节就多得多了。
伽利略号的轨迹
木卫一是最靠近木星的一颗卫星了，而且和木卫二以及木卫三形成了轨道共振。同时，木卫二和木卫一都被木星巨大的引力给锁定了。都是一面朝着木星，木卫一公转周期非常短，差不多只有42小时。产生的潮汐力和摩擦力是地月系的220倍。这么个小家伙，内部产生的热量居然是地球的两倍。地球上偶尔也有火山爆发，板块运动动辄上亿年。但是，这种地质变化在木卫一上简直就是家常便饭。
木卫一为啥是黄澄澄的，就是因为火山爆发太多。喷出来的硫磺太多，硫磺铺满了表面。由此可见，火山爆发有多么频繁。
伽利略号因为磁带机出了毛病，因此第一次掠过木卫一的时候没安排拍摄照片。这不能不说是一种遗憾。但是根据地面观测伽利略号借助木卫一变轨的效果，计算出了木卫一有一个熔融的铁内核，也算是一大收获吧。
本来呢，伽利略号任务只进行到1997年的12月7号。因为地面人员的工作也是要支付工资的，调动深空测控网也是要支付费用的，所以不能没完没了。但是科学家们不满足啊，这探测器还好好的呢，还能呢个工作很多年，继续工作下去不好吗？所以，他们向上级打了报告，要求延期。当然，改了个名字叫伽利略欧罗巴任务。国会的老爷们最讨厌给老项目延期，所以起个新项目名字比较容易过审。
这种延期任务，人员都是要缩减的，伽利略号项目组的人员最后只留下20%，不过有这点人也还够用了，好在项目延期了，否则就没有拍摄木卫一的可能了。
特瓦什塔链状火山群1999年和2000年的差异，明显多了一条60公里长的熔岩流
说实话，要给木卫一拍照片是个很费劲的事儿，因为这里距离木星太近了，木星周围的高能粒子辐射带经常会引起探测器整机关机保护。当伽利略项目进入延长段，探测器有了一次接近木卫一的机会。1999年的10月11号，机会终于来了。结果好巧不巧，内存被一颗高能带电粒子给砸到了。程序执行出错，引起探测器整机进入安全状态，能关的的仪器都关了，只留下最基本的遥控通讯模块。
进入这种安全状态，通常需要过几个礼拜才能恢复。JPL的地面小组火急火燎的查找问题，这时候距离掠过木卫一只有19个小时了，一直折腾到最后还剩下两个小时的时候，毛病被解决。其他仪器好不好无所谓，照相机好使就行。这才有机会拍了几张高清彩色照片。
1999年的11月26号，这天正是感恩节，JPL伽利略项目团队正在吃大餐呢，警告灯又亮了，这一次伽利略探测器又一次被高能带电粒子给砸了。程序又一次出错了。但是上次打的补丁这次起作用了，仪器没有全关掉。但是，时间太紧迫，上次还有19个小时的时间，折腾到最后2小时才修好，这次就更惊险了，折腾到预定拍照时间之前3分钟才修好。
提前3分钟也不算晚啊，这次拍摄非常成功。伽利略号上的相机捕捉到了一座正在喷发的火山，这家伙产生的熔岩羽流长达32公里，规模足够大而且温度非常高，不但近在咫尺的伽利略号探测器拍到了这个壮观的景象，就连夏威夷莫纳克亚山顶的NASA红外线望远镜也拍到了这个现象。木卫一小啊，引力也小，喷出去的烟尘远比地球上火山喷发高多了。地面上的望远镜都发现了，木卫一“长毛”了。
木卫一上的火山喷发
当然啦，这几次探测器上的仪器毕竟没有全开，所以数据是不完整的。所以，JPL的团队安排了下一次拍照的任务，但是当时木星正好位于和地球相距最远的位置上，中间还隔着一个太阳。所以，任务必须在几个小时之中搞定。拍照倒是拍了，但是中间又一次遇上高能带电粒子的辐射，程序又重启了，所以很多数据依然是不完整的。而且这一次磁带机也出毛病了，真是屋漏偏逢连夜雨。由此可见，探测木卫一的麻烦有多大。
从拍摄的照片来看，本来大家以为此地只有4座活火山，结果照片上显示足有14座，为啥这次看得这么清楚，那是因为距离够近，伽利略探测器是从木卫一表面198公里的距离飞过去的，这比侦查卫星飞得还低呢。
对了，第一次掠过木卫一不是发现了木卫一有一个融化的铁核吗？有融化的铁核必然有对流啊，那么木卫一会不会有磁场呢？这几次任务都重点探测了磁场问题。这里距离木星太近，要从木星的强磁场之中分辨出木卫一的微弱磁场的确是个麻烦事，非常考研数据处理能力。最后大家发现，木卫一并没有磁场，因为对流模式和地球不一样，并不是说只要有对流，就一定能产生磁场。
反正，对木卫一的探测就是这么磕磕绊绊的，经常碰到探测器进入安全模式。数据始终不完整，看来还得等未来更好的探测器来拜访了。这次是隔三差五的掉链子。
对木卫二的考察相对来讲没那么倒霉。伽利略号飞掠了木卫二很多次。获取了大量数据，但是传回地球的没那么多。伽利略利用木星或者是木卫一遮挡木卫二的机会，探测了木卫二的大气层，没错，木卫二是有稀薄大气的。大家一看，了不得了，木卫二的大气层里有氧气啊。
木卫二
您先别高兴，木卫二的大气层氧气含量只有地球的10亿分之1。这根本不可能是生物产生的，而是在太阳辐射之下，微量的水分子被拆开，变成了单独的氢气和氧气，氢气留不住，跑了，剩下一点微量的氧气。
木卫二名字叫欧罗巴，直径只有1400公里，很小。人家木卫一还有1800公里呢。我们以前讲过，木卫二的表面全都冰层覆盖，在木星强大的潮汐力作用下，明层表面到处都是裂纹。这都是被潮汐力给揉搓出来的。但是木卫二的表面几乎没有什么陨石坑，按理说不应该啊，看看左邻右舍，木卫三上的冰也很多，但是人家那真是伤痕累累，到处都是陨石坑，为啥木卫二就这么光溜呢？
这说明啊，木卫二的冰层经常更新。但是木卫二上又没有那么多火山喷发的痕迹，这个地表冰层如何更新呢？我们地球上是有板块运动的。所以大洋洋底一直在运动这边冒出来，那边插进地下深处，难道木卫二上也有板块运动吗？真是这样吗？
我们下回再说。
来源：科学史评话吴京平
