伽利略號木星探測器（英文名：Galileospacecraft，簡稱：伽利略號）于1989年由阿特蘭蒂斯號航天飛機送入軌道，是美國航空航天局第一個直接專用探測木星的航天器，也是人類首個專門用于探測木星的探測器。
伽利略號木星探測計劃始于1978年，后因種種原因一再推遲。1989年10月18日伽利略號升空，1995年12月進入環木星軌道。在對木星及其衛星進行探測的7年多時間里，“伽利略”號環繞太陽系這顆最大的行星運轉了34次之多。而從發射到毀滅，它在太空中共飛越了46億多千米。2002年11月5日，在首次飛過距離木星最近的木衛五后，“伽利略”號完成了最后一項探測任務。此后，它一直圍繞著木星的軌道飛行，直到2003年美國時間9月21日下午墜毀于木星。
伽利略號木星探測器總重2550千克，采用核動力裝置，內裝22.7千克放射性鈾-238。探測器配備了攝像機、近紅外勘測分光儀、磁強儀、測云儀、大氣結構儀等17種科學儀器，用于木星大氣層構成、云層結構、溫度、磁場等方面的勘測和研究。伽利略號由木星軌道器和再入器兩部分組成，在到達木星前約150天時，兩者分離，軌道器環繞木星運行探測；再入器深入木星大氣層考察。伽利略號對木星大氣層進行了詳細測量，并發現了木星衛星地下存在液態鹽水的證據。此外，飛船還觀測到了木星衛星上大規模的火山爆發活動。
名稱由來
“伽利略·伽利萊號”的名字來源于意大利天文學家和物理學家伽利略，16世紀伽利略第一次把望遠鏡對準天空，發現了很多星空中的奧秘，比如木星的衛星，為糾正當時錯誤的世界觀提供了有力支持。伽利略天文觀測取得的新發現是人類進步的基石。飛船以伽利略的名字命名，說明科學家們對它寄予厚望。
探測歷程
背景
伽利略號木星探測計劃始于1978年。最初，美國航空航天局計劃于1982年1月將“伽利略”號發射升空，后推遲到1986年5月。1986年1月28日，“挑戰者”號航天飛機升空爆炸，使“伽利略”號計劃再度推遲。此后，由于經費原因，NASA改用推力較小的火箭。正是這一改變，“伽利略”號放棄了原來直飛木星的計劃，而只能選擇獨特的飛行路線：借助于金星和地球的重力加速繞道飛行。這樣一來，“伽利略”號需6年才能抵達木星，如果按原計劃直接飛向木星，僅需用2.5年的時間。
發射過程
伽利略號及其兩級慣性上面級組合體于1989年10月18日由執行STS-34任務的亞特蘭蒂斯號航天飛機送入地球軌道。然后，慣性上面級的固體火箭發動機啟動將航天器送入金星轉移軌道，這是旨在將伽利略·伽利萊推向木星的三個行星“引力彈弓”中的第一個，當航天器飛得足夠近時，可以由其引力推動，從而為航天器產生“彈弓”效果。伽利略任務最初設計為使用三級慣性上面級直送木星，飛行時間約為三年半。當該方案被取消時，曾計劃改為半人馬座上面級，但是最終方案被改為使用兩級慣性上面級，這意味著航天器無法直送木星。為了挽救這個項目，工程師利用行星引力彈弓設計了一條新的飛行路徑。
金星和地球飛越
在16000公里的高度飛過金星后，1990年2月10日，航天器于1990年12月8日在960公里的高度掠過地球。那次飛越提高了伽利略·伽利萊的速度，使其在繞太陽周期為兩年的橢圓軌道上飛行。該航天器于1992年12月8日返回地球，在303公里的高度進行第二次地球飛越。就這樣，伽利略第三次也是最后一次離開地球，向木星飛去。這條飛行路徑為科學觀測提供了機會。科學家們獲得了金星中層云的第一批視圖，并證實了該行星上存在閃電。他們還進行了許多地球觀測，繪制了月球表面的地圖并觀察了它的北極地區。
展開高增益天線
由于伽利略號軌道的修改，航天器暴露在比最初計劃更熱的環境中。為了保護它免受太陽的照射，項目工程師設計了一套遮陽傘，并將航天器的頂部指向太陽，同時傘狀的高增益天線一直折疊起來直到1990年12月首次飛越地球之后才展開。航天器與飛行控制中心通過低增益天線保持聯系，這些天線以慢得多的速度發送和接收數據。該航天器計劃于1991年4月部署其直徑為4.8米的高增益天線，因為伽利略號此時已經遠離太陽并且沒有過熱的風險。然而，天線未能完全展開。一個特別小組進行了廣泛的測試，并確定天線的18根肋中有一部分（可能是三根）在閉合位置由于部件之間的摩擦而被卡住。盡管竭盡全力嘗試展開天線，但并沒有成功。為此，從1993年到1996年間工程師開發了大量新的軟件，并增強了美國航空航天局深空網絡的地面站，以便使用航天器的低增益天線繼續執行任務。
小行星飛越
1991年10月29日，伽利略號經過加斯普拉（Gaspra），成為有史以來第一個遇到小行星的航天器。它以約8公里每秒的相對速度飛行到距離這顆石質小行星中心僅1601公里的范圍內。圖片和其他數據顯示，這是一個表面坑坑洼洼、復雜、形狀不規則的天體，長約20x12x11公里，上面覆蓋著薄薄的灰塵和瓦礫。1993年8月28日，伽利略·伽利萊進行了第二次小行星飛越，這次是與一顆更大、更遙遠的小行星相遇，名為艾達（Ida）。艾達長約55公里，寬約24公里。觀測表明，艾達和加斯普拉都有磁場（盡管艾達更古老），而且它的表面覆蓋著隕石坑。科學家們發現，艾達擁有自己的衛星，使其成為已知的第一顆擁有天然衛星的小行星。這顆名為Dactyl的小衛星直徑只有大約1.5公里。通過確定Dactyl的軌道，科學家們估計了艾達的密度。
觀測彗星撞擊
1993年3月發現的蘇梅克-列維九號（Shoemaker-Levy9）彗星為伽利略·伽利萊的科學團隊和其他天文學家提供了一個令人興奮的機會。這顆彗星在繞木星運行時正在解體，并于1994年7月進入這顆氣態巨行星的大氣層中。接近木星的伽利略號是唯一可以直接看到木星背面彗星撞擊區域的觀測平臺。盡管預測的撞擊時間存在不確定性，但任務團隊成員仍然對航天器的科學儀器進行了預編程以對預測的撞擊區域收集數據，并能夠獲得彗星撞擊的壯觀圖像。
抵達木星
1995年7月13日也就是到達木星軌道的前150天，再入器從軌道器上被釋放，并開始向木星方向進行為期五個月的再入飛行。該再入器沒有安裝推進器，因此在釋放之前，軌道器會幫助它確定飛行路徑。兩周后，軌道器首次使用了其主發動機重新調整了飛行路徑以到達木星上方的適當位置。1995年12月7日抵達當天，軌道器先是飛過了木星的兩顆主要衛星——木衛二和木衛一。軌道器在大約33000公里的高度經過木衛二，然后在約900公里高度飛過木衛一。離開木衛一大約四個小時后，軌道器到達最接近木星的位置，受到的輻射被認為是對人類的致命水平的25倍。
再入器下降
再入器以每秒48千米的速度進入木星大氣層，在下降過程中的G值峰值為230G，承受的溫度是太陽表面的兩倍。通過大氣阻力減速了大約兩分鐘后，再入器展開降落傘并拋掉隔熱罩，并在之后的下降過程中不斷深入木星大氣層以探測大氣層的成分和物理特性，將有關陽光和熱通量、壓力、溫度、風、閃電和大氣成分的數據傳輸到軌道器。隨著高度的下降，大氣壓力和氣溫越來越高，最后高達23個大氣壓（是任務要求的兩倍多），此時球形儀器艙被大氣壓垮，探測工作被迫終止，整個工作歷時58分鐘。在收到再入器的最后一次傳輸一小時后，軌道器點燃了其主發動機，減速進入木星橢圓軌道繼續執行探測任務，繞木星飛行了22個月，拍攝到木星及其衛星的大量清晰的照片。
軌道器任務
環繞木星的第一圈軌道的周期大約為七個月。軌道器在遠地點點燃了主發動機，以防止它在后面的軌道上過于接近這顆氣態巨行星。這種調整有助于減輕木星的強烈輻射環境可能對航天器傳感器和計算機芯片造成的損害。在第一圈軌道飛行期間，工程師為機載計算機安裝了新軟件，從而提供了更好的的機載數據處理能力。它允許將數據壓縮，使航天器能夠傳輸比原來多達10倍的圖片和其他測量數據，此外，地面硬件的變化和對航天器對地通信系統的調整將平均遙測速率提高了10倍。盡管高增益天線的問題阻止了任務的一些原始目標得以實現，但絕大多數目標都得以實現。實現了如此多的新目標，以至于科學家們認為伽利略號產生的科學成果比20年前項目開始時設想的要多得多。在其任務期間，軌道器的行程包括四次飛越木星的衛星木衛三、三次飛越木衛四和三次飛越木衛二。這些飛越比美國航空航天局的旅行者1號探測器和旅行者2號探測器航天器在1979年飛越木星時要近得多。伽利略·伽利萊的儀器掃描并仔細檢查了每顆衛星的表面和特征。經過大約一周的密集觀察之后，航天器在一到兩個月里將裝滿內存的數據通過低增益天線傳輸回地球。
延期任務
為期兩年的延長計劃即伽利略木衛二任務，于1997年12月開始，包括通過連續八次的近距離接觸對木衛二進行深入研究。這些飛越增加了對木衛二冰凍表面的了解，以及下面可能存在液態海洋的有趣前景。伽利略木衛二任務提供了一個寶貴的機會，可以進一步飛越火山衛星木衛一。原計劃的主要任務只提供了一次近距離研究木衛一的機會，但是伽利略·伽利萊在木衛二任務期間可以兩次與木衛一相遇，并收集有關木衛一火山活動的新信息。此外，伽利略還四次飛越了木衛四。而伽利略新千年任務又將任務時間延長了一年，這期間的任務包括更多地飛越木衛一和木衛三，以及與卡西尼號探測器進行聯合研究，因為它為了前往土星而于2000年12月飛越木星進行一次引力彈弓，可以“順便”進行科學探索。
2002年1月17日，“伽利略”號在飛經木衛一時，由于木星產生的巨大輻射，導致了內部計算機系統重啟，探測器上的攝像機和其他一些科學儀器都自動關機。正當科學家們擔心可能會過早地失去對“伽利略”號的控制時，一天之后，它又奇跡般從系統癱瘓中恢復，并近距離拍攝了清晰度最高的木星衛星表面圖像。“伽利略”號還揭示了木衛二上存在的冰山很可能是由看不見的水流流動和旋轉形成的。這一發現是“伽利略”號最有價值的探測成果，使木衛二成為太陽系中繼火星之后第二顆可能有生命形式存在，值得進一步進行探測的星球。在木衛三上，“伽利略”號意外地發現了一個磁場。這是人類發現具有磁場的第一顆木星衛星，其磁場比水星的磁場還要大。“伽利略”號還發現木衛四上環形山比人們想像的要少得多，其表面有一條由25個直徑十幾千米的環形山，一個扣一個連成的大鎖鏈，在這些大環形山里面還可以看到小環形山的凸起。
2002年1月，“伽利略”號和卡西尼號土星探測器在木星附近會師，首次對木星進行了聯合探測。這是人類第一次利用兩個探測器同時對地球以外的一顆行星進行探測。科學家通過分析兩個探測器發回的數據，發現木星擁有太陽系行星中范圍最大、強度最高的磁場，其磁場直徑是木星直徑的100倍以上。除了對木星及其主要衛星進行觀測外，“伽利略”號在飛往木星的途中，還順訪了許多天體，向地球送回了許多寶貴的信息。
墜毀
“伽利略”號原設計壽命為8年，對木星及其衛星探測的時間僅2年。由于最初預定的任務完成得非常成功，美國航空航天局三次決定延長其探測使命。“伽利略”號共超期服役5年多，環繞太陽系木星飛行34次，31次接近木星的衛星，從發射到毀滅在太空中共飛行46億多千米。雖然受到的輻射超過預想的3倍，但探測器主體仍然可以正常運作。2002年11月5日，在首次飛過距離木星最近的木衛五后，“伽利略”號完成了最后一項探測任務。此后，它一直圍繞著木星的軌道飛行，直到2003年美國時間9月21日下午墜毀于木星。
參數
探測器參數
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大氣探測器參數
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飛船詳情
總體設計
伽利略號木星探測器總重2550千克，采用核動力裝置，內裝22.7千克放射性鈾-238。探測器配備了攝像機、近紅外勘測分光儀、磁強儀、測云儀、大氣結構儀等17種科學儀器，用于木星大氣層構成、云層結構、溫度、磁場等方面的勘測和研究。從外形上看，伽利略號飛船和其他幾個深空的探測器非常相似，都是由一個大鍋狀天線和飛船的主體組成。主要的科學探測載荷都安裝在主體上，有幾根桿從主體向外伸出。其中一個伸桿頂部裝有核能電池，這個為飛船提供能源的核能電池。飛船的底部有個小型的木星大氣探測器，在飛船抵達木星附近后小探測器會直接墜向木星，探測木星的大氣構成等。
結構
伽利略號木星探測器由木星軌道器和再入器兩部分組成，在到達木星前約150天時，兩者分離，軌道器環繞木星運行探測；再入器深入木星大氣層考察。
軌道器
軌道器是由美國的噴氣推進實驗室設計、制造和操作的，其總重為2378千克，正常情況下以3.15轉/分自旋穩定。其上的主要設備為；推進艙，包括一個機動推力器和一個單一入軌推力器，與推進劑一起共重約1185千克；2臺放射性同位素熱電偶發電機，可提供0～480瓦的電力；一個約5米直徑的高增益地球通信天線，用S和X波段與地球通信，定向精度為0.1度。軌道器上還裝有很多精密的探測儀器，主要包括：CCD攝像機，發回的照片清晰度比“旅行者”探測器的高20～1000倍，可分辨出木星衛星表面30～50米范圍的細節；近紅外繪圖分光計，可探測出氮、磷化氫、水、甲烷、鍺等組分；紫外分光計能探測出氮、氫和氧等；光子偏振、輻射計，可以測量偏振光和光強度；磁強計、高能粒子檢測儀、等離子體檢測儀、等離子體波分系統（測量電場和磁場變化）、塵埃粒子檢測儀和重離子計數器等，可用于對木星磁層等的研究。
再入器
再入器是由美國航空航天局的艾邁斯研究中心負責設計，休斯飛機公司創造的。其外形呈扁錐體，總重約339千克、其中僅防熱殼就重達220千克。其上有2臺1波段發射機、能以128比特/秒的速率發送測量數據，經軌道器中繼到地球。再入器上的探測儀器有：大氣結構檢測儀，能測量木星大氣的溫度、壓力等；中性質譜儀，可測定木星大氣組分；氦分量檢測儀，用于測定木星大氣中的氦氣含量；測云計、純流量輻射計以及光和射電檢測儀等。
大氣探測器
大氣探測器由制動防熱罩和一個球形儀器艙組成。制動防熱罩是一個120度錐角的鈍頭圓錐殼體，表面覆蓋著一層很厚的碳燒蝕防熱層。這層防熱罩的重量占了探測器總重量的50%。球形儀器艙里裝備了大氣組分探測計、質譜儀、氦氣濃度計，測云計，輻射計，高能粒子探測計等多種先進的探測儀器設備，還裝備有降落傘系統，無線電發射裝置和電源系統。大氣探測器的總重量為345千克。軌道器于1995年7月到達木星軌道前150天，放出大氣探測器后，沿著木星橢圓軌道執行探測任務，并繞木星飛行了22個月，拍攝到木星及其衛星的大量清晰的照片；大氣探測器則深入木星大氣層的深處探測大氣層的成分和物理特性。這個探測器以每秒48千米的速度進入狹窄的通道最后進入大氣層，它承受了400g的加速度，表面壓力高達14個大氣壓，表面溫度高達780攝氏度高溫，在它打開降落傘徐徐下降的過程中，展開了各種測量工作。隨著高度的下降，大氣壓力和氣溫越來越高，最后高達20個大氣壓，這時，環形探測器被大氣壓垮，探測工作被迫終止。整個工作歷時1小時。
任務數據
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科學成就
1994年7月22日，“伽利略·伽利萊”到達距木星一億多公里的地方，觀測到了蘇梅克－列維9號彗星的碎片與木星相撞的壯觀景象，并發回了第一張相撞的圖像。它還捕捉到最后一塊彗星碎片撞擊木星的情景。
1995年7月13日，“伽利略”的子探測器與軌道器分離，同年12月8日以17萬公里/小時進入木星大氣層。在木星大氣層中飛行考察的75分鐘中，它向運行在20萬公里高的軌道器發回了探測數據，然后再由軌道器把數據發回地球。這是人類首次對木星大氣進行原位測量。
伽利略·伽利萊”軌道器重2.378噸，載有近紅外質譜儀、磁強計、等離子探測器和塵埃檢測計等，探測數據通過直徑5米的傘狀高增益天線傳回地球。它在1995年12月7日抵達木星軌道后，繞木星飛行，并飛臨木星幾顆衛星進行了近距離探測。它對木星的觀測距離比“旅行者”號近20倍，發回照片的清晰度比“旅行者”號高50倍以上，探測結果與科學家以前的推測有許多不同。這次探測使人類首次完整地觀測到木星、木星衛星及其磁場，是20世紀最重要的行星探測活動之一。
“伽利略·伽利萊”在完成對木星及其衛星為期兩年的第一階段考察后，又開始“超期服役”，著重對木星最大的衛星木衛2進行近距離考察，計算其上有多少個隕石坑以便確定其“年齡”，探測正在噴發的活火山以及尋找存在液態海洋的其他證據。1998年10月，“伽利略”發現木星的兩顆衛星上存在海洋，因而很可能有生命。
據美國航空航天局2000年8月通過“伽利略”收集到的磁場數據顯示，木衛2表面有大面積的冰層，冰層下則是可導電的液體。“伽利略·伽利萊”發回的照片表明，木衛2表面的裂縫位置發生了變化，這有可能是由表層下的海洋流動造成的。種種跡象顯示，木衛2上可能存在可供生命延續的重要物質———水，這使得木衛2上存在微生物等早期生命形式成為可能。美國航空航天局隨后制定出了派遣破冰船前往木衛2進行探測的計劃。
除了木衛2，“伽利略”也為人類了解木衛1提供了許多重要資料。2001年8月，它成功完成了對木衛1繞飛，在其上空200公里掠過。根據探測器傳回的數據分析，木衛1好像有微弱的內部磁場，也可能不存在內部磁場，但要得出確切的結論還需要作更多的分析。2001年10月15日晚，“伽利略·伽利萊”再次繞飛木衛1，此次繞飛距木衛1表面僅180公里，是“伽利略”距木衛1最近的一次飛行。
“伽利略號”對研究木星的衛星也做出了很大的貢獻。在“伽利略號”到達木星之前，人們一共發現了16顆木星的衛星。“伽利略號”到達后又發現了多顆衛星。現在這個數字已經上升到了92顆。
測量木星大氣元素，發現它的相對主要成分有異于太陽。這預示木星可能由太陽系星云演化而來。
首次在另一顆行星的大氣中觀測到氨云，預示其下可能存在含有水分的云層。
發現木衛1木衛一上大范圍的火山活動相當于地球上的100倍。火山噴發的熱量和頻率讓人得以揣測地球形成早期的情形。
木衛1伊娥大氣中復雜的等離子相互作用可以與木星的大氣互相影響。
傳回的磁場數據顯示，木衛二、木衛三和木衛四都擁有液態的鹽水層。
證據顯示，木衛二、木衛三、木衛四都擁有稀薄的大氣層——被稱為外大氣層。
發現木星的環系統由內行星系小行星撞擊木星內側4顆小型衛星后掀起的塵埃所形成。同時發現，最外層的木星環其實是兩個，一個藏在另外一個中間。
“伽利略號”是第一個能夠在氣態巨行星的磁氣圈中停留足夠長時間、從而測出它的球體結構及動態的未來航天飛機。
運載火箭
1985年，“亞特蘭蒂斯”號成為美國航空航天局的第四架航天飛機。“亞特蘭蒂斯”號是以美國第一艘遠洋船舶的名字命名的。亞特蘭蒂斯號航天飛機重77.7噸，它在1985年10月和2010年5月之間進行了17次飛行。2011年7月8日，“阿特蘭蒂斯”號航天飛機在佛羅里達州肯尼迪航天中心點火升空，開始它以及整個航天飛機團隊的最后一次飛行，于美國東部時間21日晨5時57分在佛羅里達州肯尼迪航天中心安全著陸，結束其“謝幕之旅”，這寓意著美國30年的航天飛機時代宣告終結。
世界記錄
社會評價
正如科學史家已經告訴過我們的，伽利略也許并不是最早發現木星衛星的人，環境和自身的眾多限制也使他的成就大打折扣。但沒人能夠否認伽利略作為有史以來最偉大的天文學家之一的事實。以他命名的伽利略號木星探測器也是如此。它將永遠站在最成功的行星探測器的行列中。（克勞迪亞?亞歷山大評）
參考資料 >
巨大的木星上有什么?跟著這些探測器去看看.中國宇航學會.2025-09-16
Earth’s Moon.NASA.2025-09-17
galileo.nasa.2025-12-01
伽利略號木星探測器_第十四個全民國防教育日_新聞頻道_福州新聞網.福州新聞網.2024-02-29
木星探測：揭秘太陽系起源 .河北新聞網.2024-02-29
深空探測史話 | 被磨難環繞的“伽利略號”的一生.微信公眾平臺.2025-09-16
功成名就魂歸木星 美"伽利略"探測器的幾個"?".中國新聞網.2025-09-16
再見，伽利略!.三聯生活周刊.2025-09-16