1973年12月3日，“先驱者”10号在距木星表面约14万千米处飞过。它是第一个飞经木星的太空探测器。随后，又有“先驱者”11号、“旅行者”1号和“旅行者”2号先后飞经木星。这4个太空探测器向我们展示了木星上无比壮观的大气活动现象及其两颗大卫星木卫一和木卫二上最令人注目的特征——木卫一上的火山和木卫二上的冰壳。现在，这些探测器正在继续向太阳系外的深空飞去。
到达木星后就留了下来进行近距离科学考察的太空探测器只有“伽利略”号。2003年，“伽里略”号因机载电池即将失效，不得不结束工作，由人工控制坠入木星浓厚的大气层内被毁灭。
现在，一个更先进的木星探测器“朱诺”号，正肩负着揭示木星未解之谜的重任。
结构之谜：核心多大
木星的直径为地球的11倍，质量为地球的318倍，体积为地球的1300多倍，平均密度比地球低很多。这是因为木星的结构与地球有很大的差别，它是一颗基本上由气体组成的行星，其中约75 % 是氢，约25 % 是氦，还有微量的甲烷、水、氨和岩石。
木星的大气层厚几千千米，而且密度比地球大气高得多。木星大气的顶层密布着由甲烷、氨等构成的云，因此是不透明的。我们看到的木星表面，就是这一云层。
美国科学家英格索尔说：“我们非常想知道木星的内部结构像什么样子。”他说，木星的位于浓厚的大气层下面的“核心”可以分为两个层次：里面的一层由岩石、金属和液态水组成，大小不超过10 % ；外面的一层是液态金属氢层，大小或许超过80 % 。
英格索尔说：“有意思的是，木星内部的结构也许可以由云层的顶部展现出来。”在木星大气层中，有着极其强大的风暴和旋涡。可是，另一方面，木星又有极端稳定的云带结构。这些云带与木星的纬圈平行，一个世纪来基本上保持不变。英格索尔觉得这些云带的根基一定非常深，很可能深入到木星大气层的底部。这些云带，也许就像一个个套在一起的圆筒那样，以木星的自转轴为共同轴心排列着。英格索尔说：“这会产生巨大的离心力。具有这样一种结构的行星自转的时候，整个行星的重力场都会受到由此所产生的离心力的影响。”
美国科学家在勾画“朱诺”号对木星的探测计划的时候，就是要让它描绘木星重力场的详细地图。当木星的重力场作用在“朱诺”号上的时候，“朱诺”号的飞行速度会随之发生变化。通过测定这种速度变化，研究人员就能够确定木星核心的大小和质量。
成分之谜：含多少水
宇宙中像太阳系这样的行星系，并不是独一无二的。至今，人们已经发现的太阳系外的行星超过200颗，而且它们绝大多数是类似木星那样的巨大的气体行星。因此，对木星的研究显得十分重要，木星是天文学家研究太阳系外的行星系统的最好样品。
美国天文学家利维森说，关于木星是如何形成的，“有两种模型：一种认为木星的核心首先生成，然后再吸引周围的气体，逐渐增大；另一种认为木星是由部分原始太阳星云直接坍缩、凝聚而成的。”为了判定究竟是哪种模型更符合实际情况，就需要知道木星的化学成分，尤其是氧的含量。
木星含有非常丰富的氢。如果它含有氧，那么这些氧应该主要存在于与氢的化合物中。木星现在所处的位置离开太阳很远，在形成的时候，尚处于襁褓中的太阳的热量不会破坏木星的任何挥发性的物质。这意味着如果木星是由部分原始太阳星云直接坍缩、凝聚而成的，那么相同质量的木星物质中的含水量与太阳系原始星云中的含水量应该相同。
很遗憾，要测量木星中水的含量并不那么容易。美国学者索蒙说：“在木星的云层顶部，水都凝结成了冰晶。对这种形态的水不可能用遥感方法进行测量。我们必须深入到水是液态的地方去测量它。”
英格索尔说：“木星大气的含水量对于我们来说依然是个谜。它不仅涉及到我们关于太阳系内含氧量和含氢量的估计的准确性，而且对于研究木星上的气象现象也很重要，雷暴、闪电等气象现象都与水有关。”
形成之谜：生在何处
地球在四十多亿年前形成之后，由于距离太阳较近，质量较小，重力较弱，在太阳热量的作用下，像氢、氦等以气体形式存在的轻元素大量地挥发逃逸，因此地球的成分主要是以岩石形式存在的重元素，与原始太阳星云的成分有很大的不同。木星距离太阳较远，质量又大，重力很强，形成之后所包含的氢、氦等轻元素不会挥发逃逸，一直保留到现在。因此，木星能够告诉我们大约45亿年前原始太阳星云中物质的分布状况。
在“伽利略”号对木星进行探测之前，科学家们认为，木星在形成过程中就捕获到了各种重元素，这些重元素逐渐进入它的不断变大的核心内。如果这样的认识是正确的，那么木星中现有的各种重元素之间含量的比例以及与太阳的元素组成的差别，将有助于人们认识木星当初是如何成长为今天这个样子的。
然而，“伽里略”号没有发现木星的重元素比例与太阳的重元素比例有什么不同，却揭示了木星中的重元素含量与轻元素含量之比是太阳中的3倍。利维森说：“确实，木星有更多的硅和碳。不过，你也许会想这是由于木星吞吃了大量的小行星而造成的。”可是，利维森又指出：“问题在于，木星中氩和其他惰性气体的含量也很高。这下该怎么说呢？”要知道，小行星完全由硅、碳等重元素组成，根本不含有氩等以气体形式存在的重元素。
利维森据此猜测，木星很可能是在条件有所不同的地方形成后迁移到现在的位置上来的。他说：“如果木星是在现在的位置附近形成的，那么当时原始太阳星云的温度应该比我们所想的更加低。”
磁场之谜：如何变化
木星拥有的磁场是太阳系的行星中最强的，延伸范围也最大。木星磁场的强度是地球的14倍，一直延伸到离木星大约1600万千米远，即木星半径的200多倍。木星磁场的轴相对于木星的自转轴倾斜11度。木星的磁场数十年来一直是个不解之谜。纵观地球的历史，地球的磁场一直在变化和移动，而且多次发生倒转。那么，木星的磁场会有类似的变化吗？
“朱诺”号太空探测器预定的探测任务包括揭示木星的磁场。英格索尔承认：“这是一次几乎像钓鱼一样的征程。我们不知道我们将会发现什么，直到我们获得这些发现。要紧的是要做得细致，而要做得细致的最好办法是要贴近木星的两极飞行。”
极光之谜：何以最强
以前的那些飞经木星的太空探测器的飞行路线，以及“伽里略”号围绕木星运转的轨道，都很靠近木星的赤道平面。因此，有关木星的太空探测项目都没有细致地研究木星的两极区域。而在木星的两极区域，带电粒子产生的极光是太阳系内最强大的极光。
“朱诺”号太空探测器不同于以前的那些太空探测器，它将沿着极地轨道运转，经过木星两极上空，最接近木星时离开木星云层顶仅4500千米，距木星最远时离开木星云层顶约2850000千米。这样，科学家们有更多的机会仔细地观测极光活动最强的那些区域。“朱诺”号上有一套等离子体物理仪器，科学家用它有可能揭开木星极光为何如此强大的秘密。
——选自《科学画报》，原题为《木星的五大未解之谜》，文／王家骥
