太陽系是扁平的，向上或者向下飛，不就能很快飛出太陽系了麼？

2020-10-18 星辰大海種花家

太陽系是扁平的，旅行者向上飛不是很快就能飛出太陽系麼？說的好有道理，竟然無言以對。當然這對於腦筋急轉彎的回答，肯定是令人滿意的，但就科學角度來看，似乎有幾個問題得搞搞清楚！

太陽系真的是扁平的嗎？

美國有一個認為大地是扁平的小團體，其中並不缺乏名人，這個理論在古希臘時代就測出了地球直徑的埃拉託色尼看來，實在是一群不可救藥的無知群眾，對於他們，我們只能抱以同情而又不失禮貌的微笑！

地球是一個球體，太陽也是一個球體，那麼八大行星以及小行星帶和柯伊伯帶組成的太陽系是什麼形狀？還真是扁平的，因為無論是康德和拉普拉斯的星雲說形成的太陽系，還是現實中這些天體的分布，無一不是扁平的。

從這一個角度來理解，太陽系是扁平的這個觀點並沒有任何問題！甚至整個歸納還應該是優秀的！

太陽系的引力分布也是扁平化的嗎？

從1687年牛頓在1687年發表《自然哲學的數學原理》一文中闡述了三大定律和萬有引力，解釋引力這一現象，並且通過公式給了萬有引力的計算方法。

兩個天體之間的引力大小，與它們的質量積成正比，和它們之間距離的平方成反比，儘管牛頓對傳遞引力的介質錯誤的定義為以太，但他從來引力的方向卻沒有定義過，因為引力並不是朝向一個方向的，或者你可以理解為是指向質心的！

當然愛因斯坦的引力場方程描述了引力的本質：質量對時空的扭曲，在我們看來這就是引力，當然愛因斯坦也沒有定義引力的方向，因為引力並不會朝一個方向傳播，而是在質心周圍都是均勻存在的，如果這個質量體分布的密度也是均勻的話。

既然太陽周圍的引力都是均勻分布的，為什麼我們要從黃道面逃逸？

這確實是一個尖銳的問題，既然往哪裡飛不是飛，非得從黃道面飛，其實天文學家也這麼想，但他們是有苦衷的，要解釋這問題，我們必須來理解一張圖：

這是旅行者的西天取經之路，和唐僧不一樣的是旅行者沒打算回來，因為它取得的數據已經發回來了，這就是現代通訊的優勢！

從這個動圖來看即使旅行者一號，也是經過火星、木星和土星，而二號則經過太陽系中所有的行星，甚至去冥王星瞥了一眼，當然這很容易解釋：

  • 順便探測太陽系每一顆行星

這是最冠冕堂皇的理由，畢竟黃道面垂直方向並沒有大的天體，甚至小行星都遇不到，往哪裡走沒有科學價值，所以旅行者計劃探測每一顆行星不僅是科學家，也是NASA預算落到實處的一個表現，否則就單獨發射一個探測器，而且這個探測器壽命期之內遇不到任何天體，那麼它有意義嗎？

  • 更深層次的含義是，火箭提供的速度不夠，無法從黃道面垂直方向逃逸

我們從太陽的逃逸速度計算可得，地球軌道附近約需要42.2千米/秒的速度才能從太陽系逃逸，那麼人類1969年登陸月球的土星五號竭盡全力能提供的速度是多少呢？11.2千米/秒，脫離地球到達月球至少需要地球的逃逸速度，剩下大約有31千米的速度我們是不是該造一個更大的火箭來加速？這得分兩種情況：

  • 從黃道面垂直方向

  • 從黃道面水平方向

前者就只能造個更大的火箭了，直接將飛船加速到42.2千米/秒，將直接從太陽系逃逸。

後者卻不需要，只要從地球公轉軌道的前進方向逃逸，那麼自然可以加上地球公轉軌道的速度大約29.8千米/秒，是不是和太陽逃逸速度一步之遙了？

當然這個理解一點錯都沒有，但這次逃逸需要同時逃離地球和太陽，因此整體所需的速度為：

V=√11.2^2+(42.2-29.8)^2=16.7093千米/秒

也就是說朝著地球軌道上再加速16.7093千米/秒，即可從太陽系逃逸！比起要加速31千米/秒容易太多了！

但事實上是速度仍然不太夠，因此天才的科學家想出了利用行星的引力來給探測器加速的方法，這個原理也很簡單，從天體側後方切入，讓高速公轉天體的引力帶著探測器跑一會，從理論上來看這個加速加成大約有公轉速度的2倍。

旅行者2號通過天體引力彈弓加速的國恆，其特性是每次經過天體附近時速度都一個很大的提升，當然除了加速還可以減速，也可以改變軌道，因此在開頭旅行者前往太陽系外軌道時，旅行者1號在土星附近拐了個大彎，從太陽系黃道面的偏北方向離開了，這就是利用了土星的引力免費拐了一次彎。

無論從黃道面上走，還是從垂直方向走，其實距離都差不多

現代太陽系範圍區分已經很少以柯伊伯帶為界限了，因為太近；以奧爾特云為界限比較科學，但又太遠，大都時候都已日球層為標準，而日球層在太陽系前進方向上距離是最短的，因此朝著太陽系環繞銀河系方向走，最快能脫離太陽系。

因此從哪個方向走都不是關鍵，唯一的要求是速度，這才是人類跨出太陽系最好的依託。

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  • ​太陽系是扁平的，為何飛船不向上或向下飛行，來走出太陽系？
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  • 你以為太陽系是扁平的?太陽系真實模擬運動軌跡圖,顛覆你的認知
    說到這裡很多人可能會感到疑惑，我們的太陽系不是扁平的嗎，為什麼旅行者1號要捨近求遠沿著太陽系的平面飛行，花費40多年才飛出太陽系，如果旅行者1號朝著太陽系上下兩個方向飛行，不是可以更快的飛出太陽系嗎？旅行者1號已經飛出太陽系其實這個觀點太過於片面了，因為只憑藉我們教科書中的太陽系平面圖，就片面地認為旅行者1往下或許往上飛行，就可以很快飛出太陽系，其實真實的情況是不管旅行者1號是往下還是往上飛行，都不能很快地飛出太陽系，甚至比從「平面」飛出太陽系還要慢，為什麼這麼說呢？
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  • 旅行者一號真的飛出太陽系了嗎?科學家:再飛10000年也飛不出
    ，我們的視野飛出了井口，可是我們的身體還在井底。旅行者一號是一艘上世紀發射的探測器，它是人類史上第一個試圖突破太陽系範圍的探測器，它是人類最初的希冀，它已經連續飛行42年了，那如今它在哪裡了呢？我們都想知道。為了像全人類公布旅行者一號的位置，NASA先後在2014年和2018年公開發布了旅行者1號的最新位置，但是有趣的是這兩次NASA都號稱旅行者一號飛出了太陽系，這讓人多人感到疑惑。
  • 人類深空宇宙飛行探測器最遠飛到什麼地方?飛出太陽系了麼?
    2012年「旅行者1號」飛出冥王星引力範圍，正朝著著名的柯伊伯小行星帶前進，截止到2018年，旅行者1號探測已經距離太陽有整整100個天文單位，飛行距離達到200億公裡，成為了迄今為止飛得最遠的人造物體。而旅行者2號與太陽之間的距離也已達77個天文單位（約116億公裡）。這是我們人類迄今為止用科學技術飛行過的最遠距離。
  • 探測器飛出太陽系時為什麼不走捷徑?其實一直在走捷徑
    從甲地到乙地可以走多條路，最近的路和最快的路不一定是同一條路，最近的路和最快的路也不一定是最經濟的路。在宇宙航行中，探測器要沿著曲線飛往目的地，不會沿著最近的直線向前飛行。嫦娥五號奔月的過程中需要繞地球和月球轉動很多圈；將旅行者號送出太陽系時需要多次利用引力彈弓對飛船加速。
  • 為了快速飛出太陽系，探測器為何不垂直黃道面發射？
    距離我們最遠的探測器是旅行者一號，它是NASA在1977年發射的一顆星際探測器，目前已經飛行43年距離地球224億公裡，但是它仍舊沒有飛出太陽系。對於這種情況很多人都非常的疑惑，讓探測器垂直於黃道面發射，那樣豈不是很快就飛出太陽系了？
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    太陽和旅行者號的銀河系軌道題主的意思：太陽帶領著太陽系繞銀河系中心天體公轉，公轉速度250公裡/秒，如果旅行者一號反著太陽公轉運動的相反方向飛行，速度將會非常大，至少為250+V，會很容易飛出太陽系。是不是？
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    1977年9月5日，旅行者一號探測器在佛羅裡達發射升空，這是人類目前飛行最遠的人造飛行器，曾飛掠過木星、土星，如今已經距離地球220億公裡，達到了第三宇宙速度，正向太陽系外飛去，那麼很多人就有所疑問，為何人類發射的探測器不垂直向上飛，而是途徑各個行星離開太陽系呢？