我們從上帝視角來看太陽系整體呈現出扁平狀的結構,地球繞太陽公轉的軌道面被稱為黃道面,其他七個大行星繞太陽公轉的軌道面非常貼近於黃道面。八大行星中只有冥王星比較特殊,它的公轉軌道面與黃道面有大於17°的傾斜,其他行星相對來說就小一點。不僅僅是太陽系如此,更大一級的銀河系整體也呈現出扁平狀的結構。銀河系的直徑20萬光年,中心厚度1.2萬光年,太陽系位於一條旋臂之上距離銀心2.6萬光年繞其運動。
因此就經常有人問:人類發射探測器為什麼不垂直於黃道面發射,這樣就很快的可以飛出太陽系了?例如旅行者一號、二號姐妹。發除此疑問的可能忽略了三個問題,我們一一來說明一下。
1.太陽系的直徑
對於太陽系的直徑問題,是隨著人類航天探測的加深越來越大的,首先最開始認為太陽系的八大行星範圍就是太陽系的直徑;其次認識到太陽風的存在,認為太陽風的作用範圍是太陽系的直徑;而最新的觀點認為太陽系的直徑應該是太陽的引力作用範圍,當然這裡要狹義的理解,引力是長程力理論上可以到無限遠處。
但是在這裡的理解就是受引力作用,一些天體所處的範圍。例如包裹著太陽系的奧爾特雲,這裡被認為是長周期彗星的大本營,它們受到太陽系的引力聚集在這個位置。奧爾特雲的直徑大約是2光年,因此說太陽系的直徑是兩光年,這裡跟八大行星的公轉軌道面關係不大,即使垂直黃道面向上飛行,也需要飛行一光年的距離。
2.探測器的科學任務
航天探測每一次的發射燒的都是錢,發射火箭不是你過年時候放的串天猴,不能只為了圖高興就垂直發射。例如旅行者系列探測器,主要目的是為了探測太陽系的外圍氣態行星:木星、土星、天王星、海王星以及這幾顆大行星的衛星。
旅行者號如果垂直黃道面發射,這幾顆大行星及其衛星就無法被探測了,因此發射探測器的意義何在哪?
3.目前的科技水平難以達到
現在的旅行者一號和旅行者二號已經具備了飛出太陽系的速度,也就是超過了當前所在位置的第三宇宙速度。旅行者號是逆著太陽飛行,很簡單的道理受力方向和運動方向相反,那麼物體的運動速度就會減慢。以旅行者一號為例,已經飛行了42年依舊有很高的速度,並非是其所帶燃料充足的原因。而是通過幾顆大行星的引力彈弓效應給提的速,這實際上才是主要的目的。
如果垂直黃道面飛行,那麼就需要不斷的給旅行者號提速,就需要大量的燃料,這些燃料裝在哪裡?就需要把探測器做的更大和更重,這樣的方式是得不償失的。況且目前也很難達到,如果可以實現的話好多國家都可以載人登月了。載人登月的難點之一就是沒有大推力運載火箭,否則前蘇聯也不用折騰那麼多年都沒登上月球。
綜上所述也就是旅行者號不垂直黃道面向上或者下飛行的原因了。
文/科學黑洞,圖片來源網絡侵刪。