朱诺号为什么要从「极地轨道」研究木星，这么做的好处是什么？
朱诺号选择从极地轨道研究木星，这可不是一个随意的决定，而是经过深思熟虑的科学策略，其好处是多方面的，甚至可以说是颠覆性的。简单来说，它就像是换了一个全新的视角来看待这位“行星之王”。
我们先来聊聊什么是“极地轨道”。通常我们想象中的行星探测器绕行星飞行的轨道，大多是在行星赤道附近，就像是在一条扁平的跑道上绕圈圈。但朱诺号不一样，它选择了一条非常“倾斜”的轨道，几乎垂直于木星的赤道面，就像是从行星的北极上空直接掠过南极，然后再绕回来。而且，这条轨道并不是对称的，它有一个非常大的近木点（离木星最近的时候）和一个非常远的远木点（离木星最远的时候），这使得它能够更长时间地在离木星较近的区域进行探测。
那么，为什么选择这种“高难度动作”呢？好处实在是太明显了：
1. 深入触及“核心秘密”：透视木星的内部结构
这是朱诺号最核心的任务之一。木星最外层是厚厚的云层，我们从地球上只能看到这些云层的样子。但木星的真正奥秘，比如它的化学成分，它是否有一个固态的核心，核心的质量和密度如何，这些都隐藏在云层之下。
从极地轨道飞行，朱诺号能够以一种前所未有的方式“看穿”木星。木星有一个非常强大的磁场，这个磁场会产生强大的电磁辐射。如果我们从赤道附近飞行，会被这些强烈的辐射挡住，就像被一道无形的墙隔开一样。但从极地轨道飞过，朱诺号可以快速地从这些高辐射区域掠过，大大减少了仪器遭受的损伤。而且，木星的磁场线在两极附近是“收敛”的，这使得朱诺号能够更有效地利用其搭载的微波辐射计等仪器，测量木星大气层不同深度的温度和氨的含量。
想象一下，就像你想研究一个包裹得很严实的礼物，如果你只是在包裹的侧面敲敲打打，很难知道里面是什么。但如果你能从顶部或者底部直接“扫描”过去，就能更准确地感知到里面的形状和密度。极地轨道就提供了这样一个“透视”的机会。通过测量木星引力场的细微变化（这与内部质量分布有关）和磁场的性质，朱诺号可以绘制出木星内部物质分布的详细图谱，甚至推断出是否存在一个像地球一样相对集中的固态核心。这对于理解巨行星的形成和演化至关重要。
2. 揭示“极地风暴”的真相：前所未见的近距离观察
木星的极地地区并不是一片平静，而是存在着一些异常壮观的“极地风暴”。比如在北极附近，有五个大小不一的巨型风暴系统，以一种非常规的五边形排列方式在“跳舞”。而在南极，则有一个更大的、持续存在的风暴，就像一个巨大的“眼睛”。我们从地球上只能看到这些风暴的轮廓，但无法深入了解它们的动力学机制，它们是如何形成并维持如此庞大的规模的。
朱诺号的极地轨道让它能够近距离地掠过这些极地风暴的“头顶”。通过搭载的高分辨率相机和探测器，它可以以前所未有的细节拍摄到这些风暴的结构、云层的运动、甚至可能是风暴内部的闪电活动（木星上的闪电非常强大且与地球上的不同）。这种近距离的观察，能够帮助科学家理解这些极端天气现象是如何驱动的，以及它们与木星内部能量的相互作用。例如，科学家们非常好奇这些五边形风暴是怎么保持这种稳定结构的，它们之间是如何相互作用的？朱诺号的极地轨道为回答这些问题提供了绝佳的视角。
3. 监测“磁层动态”：解开木星磁场的奥秘
木星拥有太阳系中最强大的磁场，它的磁层比太阳本身还要大得多。这个磁层是一个极其活跃和复杂的区域，充满了带电粒子，并与木星的卫星，尤其是冰卫星欧罗巴和艾奥相互作用，产生各种壮观的现象，比如木星的极光。
从极地轨道飞行，朱诺号能够更直接、更频繁地穿越木星磁层的不同区域，尤其是在木星的磁极附近。这些区域是磁场线汇聚的地方，也是许多重要物理过程发生的核心区域，比如粒子加速和能量注入。通过测量磁场强度、带电粒子的分布和运动，朱诺号可以构建出更精确的木星磁层模型，理解木星磁场是如何产生和维持的，以及它如何与太阳风相互作用，塑造木星周围的空间环境。这对于理解类地行星和巨行星的磁场形成以及行星际空间的物理过程都有着深远的意义。
4. 避开辐射，延长寿命，提高数据质量
前面提到过，木星的辐射带是非常危险的。如果朱诺号长时间在近赤道区域飞行，其精密的科学仪器会受到强烈的粒子轰击，很快就会失效。而极地轨道提供了一种巧妙的解决方案：它让朱诺号以一种“闪避”的方式穿过这些高辐射区域，大大减少了仪器承受的辐射剂量。这样一来，朱诺号就能更长时间地保持其科学能力，收集更多有价值的数据。
此外，从极地轨道近距离观察木星，也有助于提高数据的质量。比如，当朱诺号从极点附近俯冲到木星表面附近时，它能够以相对较高的速度穿过大气层。这对于使用微波辐射计等仪器进行深层探测非常有利，因为这些仪器需要快速扫描才能捕捉到大气不同层次的信息，同时避免因为长时间暴露在高辐射环境下而产生的干扰。
总而言之，朱诺号选择极地轨道并非“剑走偏锋”，而是为了更精准、更全面地揭示木星这位气态巨行星深藏的秘密。这种独特的飞行路径，让它能够“穿透”木星的云层，深入探究其内部结构，近距离观察那些令人惊叹的极地风暴，揭开其强大磁场的神秘面纱，同时又能有效地保护自身仪器。可以说，正是这种“换个角度看问题”的科学智慧，才让朱诺号能够为我们呈现一个更加真实和完整的木星。
我们先来聊聊什么是“极地轨道”。通常我们想象中的行星探测器绕行星飞行的轨道，大多是在行星赤道附近，就像是在一条扁平的跑道上绕圈圈。但朱诺号不一样，它选择了一条非常“倾斜”的轨道，几乎垂直于木星的赤道面，就像是从行星的北极上空直接掠过南极，然后再绕回来。而且，这条轨道并不是对称的，它有一个非常大的近木点（离木星最近的时候）和一个非常远的远木点（离木星最远的时候），这使得它能够更长时间地在离木星较近的区域进行探测。
那么，为什么选择这种“高难度动作”呢？好处实在是太明显了：
1. 深入触及“核心秘密”：透视木星的内部结构
这是朱诺号最核心的任务之一。木星最外层是厚厚的云层，我们从地球上只能看到这些云层的样子。但木星的真正奥秘，比如它的化学成分，它是否有一个固态的核心，核心的质量和密度如何，这些都隐藏在云层之下。
从极地轨道飞行，朱诺号能够以一种前所未有的方式“看穿”木星。木星有一个非常强大的磁场，这个磁场会产生强大的电磁辐射。如果我们从赤道附近飞行，会被这些强烈的辐射挡住，就像被一道无形的墙隔开一样。但从极地轨道飞过，朱诺号可以快速地从这些高辐射区域掠过，大大减少了仪器遭受的损伤。而且，木星的磁场线在两极附近是“收敛”的，这使得朱诺号能够更有效地利用其搭载的微波辐射计等仪器，测量木星大气层不同深度的温度和氨的含量。
想象一下，就像你想研究一个包裹得很严实的礼物，如果你只是在包裹的侧面敲敲打打，很难知道里面是什么。但如果你能从顶部或者底部直接“扫描”过去，就能更准确地感知到里面的形状和密度。极地轨道就提供了这样一个“透视”的机会。通过测量木星引力场的细微变化（这与内部质量分布有关）和磁场的性质，朱诺号可以绘制出木星内部物质分布的详细图谱，甚至推断出是否存在一个像地球一样相对集中的固态核心。这对于理解巨行星的形成和演化至关重要。
2. 揭示“极地风暴”的真相：前所未见的近距离观察
木星的极地地区并不是一片平静，而是存在着一些异常壮观的“极地风暴”。比如在北极附近，有五个大小不一的巨型风暴系统，以一种非常规的五边形排列方式在“跳舞”。而在南极，则有一个更大的、持续存在的风暴，就像一个巨大的“眼睛”。我们从地球上只能看到这些风暴的轮廓，但无法深入了解它们的动力学机制，它们是如何形成并维持如此庞大的规模的。
朱诺号的极地轨道让它能够近距离地掠过这些极地风暴的“头顶”。通过搭载的高分辨率相机和探测器，它可以以前所未有的细节拍摄到这些风暴的结构、云层的运动、甚至可能是风暴内部的闪电活动（木星上的闪电非常强大且与地球上的不同）。这种近距离的观察，能够帮助科学家理解这些极端天气现象是如何驱动的，以及它们与木星内部能量的相互作用。例如，科学家们非常好奇这些五边形风暴是怎么保持这种稳定结构的，它们之间是如何相互作用的？朱诺号的极地轨道为回答这些问题提供了绝佳的视角。
3. 监测“磁层动态”：解开木星磁场的奥秘
木星拥有太阳系中最强大的磁场，它的磁层比太阳本身还要大得多。这个磁层是一个极其活跃和复杂的区域，充满了带电粒子，并与木星的卫星，尤其是冰卫星欧罗巴和艾奥相互作用，产生各种壮观的现象，比如木星的极光。
从极地轨道飞行，朱诺号能够更直接、更频繁地穿越木星磁层的不同区域，尤其是在木星的磁极附近。这些区域是磁场线汇聚的地方，也是许多重要物理过程发生的核心区域，比如粒子加速和能量注入。通过测量磁场强度、带电粒子的分布和运动，朱诺号可以构建出更精确的木星磁层模型，理解木星磁场是如何产生和维持的，以及它如何与太阳风相互作用，塑造木星周围的空间环境。这对于理解类地行星和巨行星的磁场形成以及行星际空间的物理过程都有着深远的意义。
4. 避开辐射，延长寿命，提高数据质量
前面提到过，木星的辐射带是非常危险的。如果朱诺号长时间在近赤道区域飞行，其精密的科学仪器会受到强烈的粒子轰击，很快就会失效。而极地轨道提供了一种巧妙的解决方案：它让朱诺号以一种“闪避”的方式穿过这些高辐射区域，大大减少了仪器承受的辐射剂量。这样一来，朱诺号就能更长时间地保持其科学能力，收集更多有价值的数据。
此外，从极地轨道近距离观察木星，也有助于提高数据的质量。比如，当朱诺号从极点附近俯冲到木星表面附近时，它能够以相对较高的速度穿过大气层。这对于使用微波辐射计等仪器进行深层探测非常有利，因为这些仪器需要快速扫描才能捕捉到大气不同层次的信息，同时避免因为长时间暴露在高辐射环境下而产生的干扰。
总而言之，朱诺号选择极地轨道并非“剑走偏锋”，而是为了更精准、更全面地揭示木星这位气态巨行星深藏的秘密。这种独特的飞行路径，让它能够“穿透”木星的云层，深入探究其内部结构，近距离观察那些令人惊叹的极地风暴，揭开其强大磁场的神秘面纱，同时又能有效地保护自身仪器。可以说，正是这种“换个角度看问题”的科学智慧，才让朱诺号能够为我们呈现一个更加真实和完整的木星。
网友意见
以下内容全部来自NASA的Juno介绍手册
http://www. jpl.nasa.gov/news/press _kits/juno/20160705更新，结尾加了彩蛋~
一句话概括：既要有足够近的观测，又要最大限度避开木星的高辐射带。
————————————————————————————
极轨的设计当然和增加观测覆盖面等等有关，毕竟极区一般来说都是深空观测的盲区（或者数据质量很差），但最主要的还是和Juno的探测目标有关。
Juno的主要目标是揭示木星的形成和演化。具体探测任务就是要以前所未有的高精度探测木星的重力场、磁场、大气、成分、以及内部结构同外部磁场大气共同作用的耦合机制等等，重点是“高精度”。要达到这么高的目标精度，就必须离木星足够近，一直离得足够近吧又容易受到木星辐射带的损害，估计很快就坏掉了（多费钱啊……）于是只好通过极轨设计来勉强折衷一下咯。而且就算这样估计Juno的预期寿命也不会很长，Galileo飞了八年就是靠离得远啊。
↓ Juno的极轨设计，最近可达离木星4200km， 最远将达7900km（截自NASA's Eyes）
其他附加的好处自然也有一堆：
- 可以让Juno的三块巨大的太阳能电池板有持续光照（轨道全部避开了木星的阴影区；太阳到木星的光照强度只有到地球的1/25）
- 全球覆盖（观测可以重复覆盖所有纬度，加上木星的自转，还可以覆盖所有的经度）
- 可以近距离仔细观测木星的极区（高清影像，带电粒子，磁场，同步观测太阳系内最亮的极光等等）
- 获得极区的三围磁层结构（跟前面几条也差不多）
- ……
最后附Juno任务具体的科学目标，总之就是：绝大多数轨道设计都是在现有技术制约之下为实际探测目标服务的。
Juno Science Objectives
The primary science objectives of the mission are as follows:
Origin
Determine the abundance of water and place an upper limit on the mass of Jupiter’s possible
solid core to decide which theory of the planet’s origin is correct.
Interior
Understand Jupiter’s interior structure and how material moves deep within the planet by
mapping its gravitational and magnetic fields.
Atmosphere
Map variations in atmospheric composition, temperature, cloud opacity and dynamics to depths greater than 100 bars at all latitudes.
Magnetosphere
Characterize and explore the three-dimensional structure of Jupiter’s polar magnetosphere and auroras.
The overall goal of the Juno mission is to improve our understanding of the solar system by understanding the origin and evolution of Jupiter. It addresses science objectives central to three NASA Science divisions: Solar System (Planetary), Earth–Sun System (Heliophysics), and Universe (Astrophysics).
Juno’s primary science goal of understanding the formation, evolution, and structure of Jupiter is directly related to the conditions in the early solar system, which led to the formation of our planetary system. The mass of Jupiter’s possible solid core and the abundance of heavy elements in the atmosphere discriminate among models for giant planet formation. Juno constrains the core mass by mapping the gravitational field, and measures through microwave sounding the global abundances of oxygen (water) and nitrogen (ammonia).
Juno reveals the history of Jupiter by mapping the gravitational and magnetic fields with sufficient resolution to constrain Jupiter’s interior structure, the source region of the magnetic field, and the nature of deep convection. By sounding deep into Jupiter’s atmosphere, Juno determines to what depth the belts and zones penetrate. Juno provides the first survey and exploration of the three-dimensional structure of Jupiter’s polar magnetosphere.
加个彩蛋，发现NASA的NASA之眼更新了Juno模块，可以实时跟进Juno的进度哦~刚试了一下，还比较炫酷~下载地址可戳
NASA's Eyes: Eyes on Juno↓ 打开是这样
↓ 进入Juno模块
↓ 从Juno的角度看木星
↓ 俯视木星系统，可以看到Juno的实时位置
↓ 同时显示木星的内部结构（我没显示，觉得有点丑）、辐射场、磁场、极光、木星环（我咋没看到）
↓ 换个视角
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