丹麦仪器助力NASA朱诺号探测器观测辐射

科学家利用专为导航设计的摄像机对“萤火虫”进行计数，以确定航天器每次绕木星运行期间接收到的辐射量。

美国宇航局朱诺号任务的科学家绘制了首张完整的木星系统三维辐射图。除了描绘冰卫星木卫二轨道附近高能粒子的强度外，该图还展示了木星环附近较小卫星对辐射环境的影响。

这项工作依赖于朱诺号的先进恒星罗盘（ASC）和恒星参考单元（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 LEONARDO SPA 制造。这两个数据集相互补充，帮助朱诺号科学家表征不同能量下的辐射环境。

ASC 和 SRU 都是用于协助深空导航的低光相机。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运行，朱诺号的科学团队必须以全新的眼光看待这些相机。

“在朱诺号上，我们尝试创新使用传感器来了解自然的新方法，并且我们已经以非设计方式使用了许多科学仪器，”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) 说道。“这是该地区高能辐射的第一张详细地图，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。”

数萤火虫

朱诺号的 ASC 由航天器磁力计臂上的四台星相机组成，可拍摄星体图像以确定航天器在太空中的方位，这对于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高能粒子通量的有力探测器。这些相机可记录“硬辐射”，即撞击航天器的电离辐射，其能量足以穿过 ASC 的屏蔽层。

“每隔四分之一秒，ASC 就会拍摄一张恒星图像，”丹麦技术大学的朱诺号科学家 John Leif Jørgensen 说道。“穿透其屏蔽层的高能电子会在我们的图像中留下痕迹，看起来像萤火虫的踪迹。该仪器经过编程可以计算这些萤火虫的数量，从而让我们准确计算出辐射量。”

2022 年 9 月 29 日，美国宇航局朱诺号航天器上的朱诺摄像机仪器在近距离飞行时拍摄到了木星的卫星木卫二。

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太空区域。

ASC 数据表明，木卫二轨道附近的极高能辐射相对于低能辐射比之前认为的要多。数据还证实，木卫二面向轨道运动方向的一侧的高能电子比卫星后面的多。这是因为木星磁层中的大多数电子由于行星的自转从后面超越木卫二，而极高能电子向后漂移，就像鱼逆流而上一样，撞上木卫二的正面。

木星辐射数据并不是 ASC 对该任务的首次科学贡献。甚至在抵达木星之前，ASC 数据就已用于确定撞击朱诺号的星际尘埃的测量值。该成像仪还使用相同的尘埃探测技术发现了一颗之前未知的彗星，并辨别出高速撞击朱诺号时微小尘埃抛出的航天器碎片。

防尘圈

和朱诺号的 ASC 一样，SRU 也被用作辐射探测器和低光成像仪。两种仪器的数据表明，与木卫二一样，在木星环内或靠近边缘运行的小型“牧羊卫星” （有助于保持环的形状）似乎也与行星的辐射环境相互作用。当航天器在与环卫星或密集尘埃相连的磁场线上飞行时，ASC 和 SRU 上的辐射计数都会急剧下降。SRU 还从朱诺号独特的有利位置收集了罕见的环低光图像。

“木星环的形成过程仍有许多未解之谜，之前的航天器收集的图像非常少，”SRU 首席联合研究员、负责管理该任务的 NASA 南加州喷气推进实验室科学家海蒂·贝克尔 (Heidi Becker) 说道。“有时我们很幸运，可以在镜头中捕捉到其中一颗小牧羊卫星。这些图像让我们能够更准确地了解环卫星目前的位置，并看到尘埃相对于它们与木星距离的分布情况。”

更多关于任务的信息

美国宇航局喷气推进实验室是加州理工学院的一个部门，位于加利福尼亚州帕萨迪纳，负责管理朱诺号任务，首席研究员是圣安东尼奥西南研究所的斯科特·博尔顿。朱诺号是 NASA 新前沿计划的一部分，该计划由位于阿拉巴马州亨茨维尔的 NASA 马歇尔太空飞行中心负责管理，由该机构位于华盛顿的科学任务理事会管理。丹麦技术大学设计并建造了先进恒星罗盘。恒星参考单元由意大利佛罗伦萨的 LEONARDO SPA 建造。丹佛的洛克希德马丁航天公司建造并运营该航天器。