旅行者1號已經飛了222億公裡,它為什麼不會撞上太空中的小行星?

2020-12-12 六分鐘科普

從20世紀50年代開始,得益於飛彈技術的進步,人類在飛彈的基礎上發明了火箭,火箭的發明讓人類的航天事業得到了空前的發展,在短短幾十年中取得了輝煌的航天成就:1957年10月4日人類第一顆人造衛星發射成功、1961年4月12日第一次載人航天實施成功、1965年3 月人類成功進行第一次太空行走,還有第一個國際空間站的建設、第一個太空望遠鏡的建設……不過要說人類最偉大的航天工程,非阿波羅登月工程莫屬,從1961年到1972年短短10多年時間裡,人類把多達12名太空人送上了月球,實現了人類第一次在地球以外的星球登陸,開創前無古人的壯舉,至今沒有哪項航天工程能夠超越阿波羅登月工程。

阿波羅登月是人類航天的巔峰之作

人類在成功實施阿波羅登月工程之後,把下一個目標放在飛出太陽系,本來人類非常有信心可以實施載人飛出太陽系,結果發現人類自詡發達的科技相對於太陽系來說實在太落後了,人類雖然登上了月球,但是月球距離地球只有38萬公裡,而如果從地球飛出太陽系的話,路程高達148億公裡,所以人類實施載人飛出太陽系不太現實,不過人類沒有放棄飛出太陽系的夢想,在無法實施載人航天飛出太陽系的情況下,人類退而求之實施了深空探測計劃,這個計劃就是發射多個深空探測器飛出太陽系提前踩點。

飛出太陽系比登月難很多

在70年代,人類相繼發射了4個深空探測器,其中最著名的探測器當屬旅行者1號、旅行者2號兩個探測器,為什麼說這兩個探測器最出名呢?因為旅行者1號是迄今為止飛得最遠、飛得最快的深空探測器,而旅行者2號是人類唯一一個造訪了木星、土星、天王星、海王星的探測器,也是人類唯一一次近距離探測天王星和海王星的功臣。

旅行者1號

旅行者1號發射的時間為1977年9月5日,旅行者2號發射時間為1977年8月20日,由此可知這兩個深空探測器在太空中飛行的時間都已經超過40年,在40多年的時間裡面,旅行者1號飛越了222億公裡的距離,旅行者2號如今距離地球也有185億公裡,這是什麼概念?

冥王星距離地球的遠日點為74億公裡,如果按照這個距離,那麼太陽系的直徑為148億公裡,也就是說旅行者1號、旅行者2號飛行的距離比太陽系的直徑(舊直徑)還要大很多,如今旅行者1號、旅行者2號依然在向太空深處飛去,直到最後墜入銀河系中心或者被外星文明俘獲,說到這裡有人就感覺疑惑,旅行者1號、2號這兩個探測器的體積都不是很大,攜帶的燃料根本無法支撐它們飛出太陽系,可是現在旅行者1號、2號依然在太空中飛行著,它們的動力來源於哪裡呢?

旅行者2號

要想知道旅行者1號、2號飛了40多年,為何還有動力,我們就需要明白一個概念,那就是引力彈弓效應,所謂引力彈弓效應就是利用行星存在的引力做加速、改變方向的一種行為,由於行星特別是巨型行星存在很強的引力,當飛行器飛到某個行星的引力場的時候,就會被行星的引力拖住,然後圍繞行星旋轉,當旋轉到一定程度的時候,就利用飛行器自身的動力改變方向,從而獲得加速,這樣做的好處就是探測器不僅獲得了很大的加速,而且還大大節省了燃料,因為探測器在被行星拖著運轉的時候,是不需要消耗燃料就可以飛行的,旅行者1號、2號就是利用引力彈弓效應,利用有限的燃料支撐它們飛行了100億甚至200億公裡。

旅行者1號在110億英裡外拍攝的地球

在旅行者1號、2號飛行途中,相繼獲得了地球、火星、木星、土星、海王星、天王星等行星的引力彈弓作用,從而獲得不斷的加速,當它們飛到冥王星附近的時候,獲得加速已經超過了第三宇宙速度,第三宇宙速度是逃逸太陽系最小的加速度,這個速度為16.7千米/秒時,一旦探測器獲得這個速度,就不再受太陽系引力束縛,可以掙脫太陽系引力飛離到系外空間,到了系外空間之後,即使旅行者1號、2號的燃料真的消耗完了,但是由於它們依然可以依靠慣性持續地飛行下去,因為宇宙是一個接近真空的空間,摩擦力很小,只要給它們施加一定的速度,就可以持續的飛行億萬年,直到撞到天體或者墜入黑洞,又或者被外星文明俘獲,這就是旅行者1號、2號飛行了40年還能一直飛行的原因。

旅行者2號拍攝的木星衛星

再來談談旅行者1號、2號為何不會撞上小行星,在太陽系中存在兩個小行星帶,分別是火星與木星之間的小行星帶、柯伊伯帶,此外還有數量眾多的衛星和行星,旅行者1號、2號卻都能躲開它們飛出太陽系,為什麼呢?

旅行者1號和旅行者2號的位置

原來在於天體與天體之間的距離實在太遠了,儘管存在兩個小行星帶,但是小行星與小行星之間的距離近的都有幾萬公裡,遠的超過百萬公裡,至於行星與行星之間的距離就更遠了,比如地球與月球的距離為38萬公裡,地球與火星的距離達到5500萬公裡,這麼遠的距離足夠旅行者1號、2號安全穿越,旅行者1號、2號的體積非常小,即使加上太陽能帆板,直徑也不超過10米,10米穿越幾萬公裡,就好比讓一粒沙子在一根根相距幾百米的柱子之間穿越,沙子撞上柱子的機率非常小,所以旅行者1號、2號根本不存在與天體撞擊的可能性,即使存在它們也有足夠的時間調整方向避免相撞。

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