臺北市立天文科學教育館

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木星冰月探測器完成了首次「月球-地球」雙重重力助推操作

上版日期：113-08-25

於2023年4月14日發射升空的木星冰月探測器，日前於2024年8月20日完成了人類首次「月球-地球」雙重重力助推操作，並依計畫繼續踏上前往木星的旅途。

歐洲太空總署的木星冰月探測器（Jupiter Icy Moons Explorer, JUICE）是人類探索木星及其衛星的下一個重要任務。過去已知木衛二「歐羅巴 (Europa)」的表面覆蓋著厚達數公里的冰層，其下方隱藏著全球性的海洋，並且已經觀測到地表存在羽狀噴流。這些發現揭示了除地球外的潛在海洋世界，或許也代表著另一個生命的可能起源。未來，JUICE將對木星及其三顆可能擁有地下海洋的伽利略衛星進行更深入的觀測，同時深入監測木星複雜的磁場、輻射，以及它與這些衛星之間的相互作用。（延伸閱讀：朱諾號木星探測任務 - 木星磁場與極光）

木星與地球的平均距離約為8億公里。1977年9月5日發射的航海家1號大約花了兩年時間抵達木星附近。然而，這次JUICE前往木星的旅程卻預計要花費八年時間。這主要是為了節省燃料，並確保JUICE能夠受控地進入木星軌道。如果沒有一枚超巨大的火箭，直接將JUICE送往木星將需要難以想像的6萬公斤推進劑。此外，JUICE到達木星後，還需要攜帶大量額外的推進劑來減速，才能進入木星軌道，而不是像航海家1號那樣僅僅飛掠過木星。

那麼JUICE這八年的旅程路徑會是什麼樣子呢？答案是利用月球、地球和金星的重力，將JUICE逐步推向木星軌道。利用行星的重力將探測器甩向目的地並不是第一次實施這樣的操作。過去送去探測木星及其衛星的伽利略號（Galileo）、朱諾號（Juno），以及即將發射的歐羅巴快船（Europa Clipper），都必須利用地球的「重力助推」或「飛掠」操作來獲取額外速度。同樣地，已經離開太陽系的航海家1號也是依靠木星的重力，使其轉向土星並加速飛向太陽系之外。去年八月成功登陸月球的印度月船3號，為了節省燃料，也使用了地球的重力來將其送往月球。

JUICE路徑的首創之處在於首次將月球納入計畫，進行「月球-地球」雙重重力助推操作。利用月球和地球的重力，為JUICE提供了額外的速度和推力，使其能夠更有效率地前往木星，這也是JUICE任務中一項獨特的突破。JUICE是有史以來發射的最重的星際探測器之一，重量超過6千公斤。透過這次月地雙重重力助推，成功節省了更多燃料，約100至150公斤，使得JUICE擁有額外的推進劑，得以比原計劃更接近木衛三「蓋尼米德（Ganymede）」，並獲得了一次額外的科學研究機會。

JUICE

圖說：這張圖左側顯示了JUICE前往木星的整體路徑，右側則展示了進行「月球-地球」雙重重力助推操作時的詳細路徑。

JUICE前往木星的這條極其複雜且不斷演變的路線，是任務分析團隊在過去20年中精心規劃的。以下是JUICE航程的詳細時間表：

2023年4月14日 12:15 UTC 發射升空。
2024年8月19日 21:15 UTC 最接近月球。月球飛掠使JUICE相對於太陽的速度增加了0.9公里/秒，並將其引導向地球。
2024年8月20日 21:56 UTC 最接近地球。JUICE以6,840公里的高度飛越東南亞和太平洋上空。地球飛掠使JUICE相對於太陽的速度減少了4.8公里/秒，進而將其引導至通往金星的新軌道。

總體而言，月球-地球飛掠使JUICE的軌道相較於飛掠前的路徑偏轉了100度。這次飛掠還提供了在太空中測試JUICE科學儀器的機會。JUICE拍攝了一些高解析度的月球和地球影像，以及光譜數據，未來經由科學家評估資料後將適時發布。此外，清華大學天文台（NTHU Observatory）也成功紀錄了JUICE飛掠地球的一小段過程。