為什麼「旅行者」號探測器不能從太陽系運動的反方向飛出太陽系?

2021-01-12 宇宙新思維

這是一個網上提問,這道題有點意思,但題主還是犯了很多人的通病――腦子裡隱藏著頑固的絕對時空觀,不真正理解相對性原理和慣性原理。

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?美好願望是挺好,但這是不可能的。為了講清這個問題,先說一下太陽系的結構特點,地球繞著太陽公轉的軌道面叫做黃道面,太陽系的其它大行星、矮行星、小行星也幾乎都在黃道面運行。

一,從地球發射的飛行器如果不考慮具體任務性質,只想離開太陽系,那它有4種明顯的方向,

1,沿著黃道面且重直於太陽系公轉運動方向(向左或向右是一樣的);2,垂直於黃道面方向(向上或向下是一樣的);3,與太陽公轉運動同方向;4,與太陽公轉運動反方向。

其中第1種除了受到幾大行星的些微影響以外,與第2種是一樣的,都是以速度V飛離太陽系,這沒什麼可講的。第3種情況飛行器與太陽公轉運動同方向飛行,相對於太陽系是以速度Ⅴ飛離太陽系,如果以銀河系中心天體為參照物,則飛行器速度為250+V,沒毛病。

二,下面我們著重講一下第4種情況。

第4種情況就是題主說的情況――飛行器與太陽公轉運動反方向飛行,它相對於太陽繫到底是多大速度呢?很明顯題主的意思就是250+V,他認為飛行器這個速度V是相對於銀河系的中心天體的速度。他下意識地認為存在一個絕對靜止的參考系,任何物體的運動速度都是相對於它。實際上他錯了,因為他否認了慣性,否認了相對性原理:物理定律在任何參考系中的數學表達式都是一樣的、協變的,在任何參考系中發生的事件的觀察結果是一樣的。

以同等的力分別在地面和一列高速運動的列車車廂上平拋一塊石頭,結果石頭落地的時間和距離都是一一樣的。這表明石頭相對於各自參考系的速度是一樣的,石頭在列車上的速度中並沒有減去列車的速度,也證明了並不存在絕對靜止的參考系。根據這個觀察結果我們判斷不出我們是在相對靜止的地面還是在高速運動的列車上。

我們接著再看一個例子,還是那個列車,

在那個高速運動的列車車廂中間分別向前後以同等力平拋出石頭,結果會怎樣?結果石頭落地的時間和距離還是一樣的。這說明在同一參考系中無論向何方向,以同等合外力施加在物體上,得到的速度大小相對於該參考系是一樣的,與該參考系如何運動無關,且該大小隻對該參考系有意義。回到飛行器與太陽公轉運動反方向飛行這個問題上,同理飛行器的速度V是相對於太陽系的,並不是相對於銀河系的中心天體,相對於銀河系的中心天體的速度應該是-(250-V),前面的負號表示它相對銀河系中心天體的速度方向不是逆太陽公轉方向,而是與太陽公轉方向相同。(實際上太陽公轉運動路線是很複雜的,太陽在銀河系隨獵戶座支臂並不是平滑運動,而是蛇形運動)

三,最後

「旅行者一號」從地球發射以後,一直處在太陽系這個大參考系中,它的速度大小都是相對於太陽系,無論它向哪個方向飛離太陽系,它相對於太陽系的速度都是一樣的,與太陽系本身往那個方向運動無關。這就是相對性原理。也就是說上面所說的4種飛行方向實際上在結果上本質上都是一樣的。至於「旅行者一號」為什麼不選擇第二種垂直於黃道面的方向,是因為旅行者一號要先去探測太陽系外側大行星,不是單純為了跑出太陽系。如果選擇第二種將碰不上任何太陽系行星。

現在的旅行者一號正在太陽系的垂直「上方」

相關焦點

  • 太陽系是扁平的,旅行者號向上向下飛,是不是很快會飛出太陽系?
    二,美國上世紀七十年代發射的「旅行者一號和二號」探測器的確是沿著太陽的黃道面飛行的,並沒有垂直於黃道面向上下飛行,這裡面有兩個原因。1,旅行者探測器的最初任務要求決定了它們起初的飛行方向和路線必須沿著黃道面。當然任務結束後,它們確定了各自的飛行方向。
  • 來自探測器旅行者1號的自述:探測器為什麼不垂直飛出太陽系?
    我是旅行者1號太陽系空間探測器,1977年9月5日,我從地球出發,向著廣袤無垠的宇宙空間前進。時間過得真快,轉眼間,已經過了43年了,我已經飛行了216億公裡。這216億公裡的路程可不簡單啊。在1979年至1980年11月,我飛向木星和土星這兩個大行星時,為它們拍下了多張詳細的照片。
  • 太陽系是扁平的,旅行者號為什麼不垂直黃道面飛行?
    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。
  • 旅行者1號快要飛出太陽系了?
    旅行者1號是由美國宇航局研製的一艘無人外太陽系空間探測器,重815千克,於1977年9月5日發射,截止到現在仍然正常運作。
  • 旅行者1號2號已經飛出太陽系了嗎?太陽系有多大?
    旅行者1號探測器於1977年9月5日發射升空,比同年8月20日發射的雙胞胎旅行者2號晚了16天,在對木星和土星及土衛六展開了探測後,直接向宇宙深處進發。截至2019年2月22日,旅行者1號距離地球約145個天文單位(220億公裡),相當於145倍地球到太陽的距離,是距離地球最遠的人造物。那它是否已經離開了太陽系範圍呢?我們得先弄清楚太陽繫到底有多大,太陽系的邊界到底在哪。
  • 旅行者2號:我飛出太陽系了嗎?
    經過41年的飛行,旅行者2號探測器脫離了太陽風的範圍,進入一片人類陌生的太空。  美國東部時間12月10日,在美國地球物理聯合會(AGU)年度會議上,NASA旅行者號團隊宣布了這一消息。  那麼,旅行者2號飛出太陽系了嗎?2012年,與旅行者2號同年發射的旅行者1號也飛出了日光層。但是對於這兩個探測器是否飛出太陽系,一直有不同看法。這取決於對太陽系邊界的定義。
  • 儘管旅行者一號可以飛出太陽系,它仍不是星際探測器,這是為何?
    引言:今年是人類「使者」旅行者一號在太空中遨遊的第42個年頭,它繼續肩負著傳播人類文明的使命向太陽系外進發。很多人會認為像這樣的探測器應該是星際探測器,但是專家並不這麼認為,這是為什麼呢?蘇聯率先實現載人航天,緊接著美國就實現了載人登月,美國最初的星際探測器計劃就在這樣的背景下誕生的。在先驅者10號與11號之後,美國想要再次發射一架能夠有希望飛出太陽系的探測器,於是他們利用了70年代太陽系行星特殊的排列方式來為探測器提供引力,從而實現了在減少燃料使用的情況下一次探索了木星、土星、海王星和天王星四大行星的目標。
  • 旅行者1號究竟飛出太陽系了麼?
    在茫茫宇宙中飛行了36年之後,美國航天局「旅行者」1號探測器終於進入太陽系最外圍的疆域,隨時可能成為從太陽系跨入星際空間的首個人造物體。事實上,有關旅行者1號飛出太陽系的說法在這幾年被反覆提起,但因為缺乏非常嚴格的科學證據,美國航空航天局(NASA)一直保持沉默。「旅行者」1號探測器發射於1977年。
  • 旅行者號不能飛出太陽系及時空觀改進
    旅行者號馳騁43年終至柯伊伯帶,算是到了太陽系崖邊。專家估摸再有10000年其也不能飛出去,因為速度太蝸牛。我想說,即便旅行者號飛行接近光速,亦不能逃出太陽系,逃出去的,是被撕裂的微粒而已。傷心秦漢經行處,空闕萬千做了土。
  • 180億公裡,探測器在太陽系邊緣受阻力,人類無法飛出太陽系?
    這兩個探測器已經飛出了「太陽系」(並不完全是,後面在解釋)進入了星際空間,旅行者1號是2012年、旅行者2號是2018年被宣布離開太陽系的。,也意外發現了旅行者號在這個地方的飛行明顯受阻;也就是說旅行者號探測器來到太陽系邊緣的時候,受到了一種阻力,在阻止它飛出太陽系。
  • 180億公裡,探測器在太陽系邊緣受阻力,人類無法飛出太陽系?
    這肯定是上世紀人類向外太陽系發射的兩顆探測器:旅行者1號和2號。 這兩個探測器已經飛出了「太陽系」(並不完全是,後面在解釋)進入了星際空間,旅行者1號是2012年、旅行者2號是2018年被宣布離開太陽系的。
  • 旅行者1號飛出太陽系6年後,旅行者2號也飛了出去,進入星際介質
    旅行者1號飛出太陽系6年後,旅行者2號也飛了出去,進入星際介質人類在探索宇宙空間的時候,向太陽系內的天體發射了幾百個探測器,除了行星和衛星,還有小行星的探測器。除此之外,還有一種星際旅行的探測器,是為了探索宇宙空間的一種探測器,這其中最為出名的就是旅行者1號,這個飛行器現在已經飛出了太陽系,進入了星際空間中,那麼,旅行者1號到底是個什麼樣的探測器呢?快跟小編一起了解一下吧。旅行者1號是NASA發射的一個外太陽系探測器,它的重量只有815千克,發射與70年代,不過,這麼多年過去了,就算是現在依然還在正常工作。
  • 這個「神秘能量罩」,導致旅行者1號被迫停止,無法飛出太陽系
    自人類航天技術高速發展以來,讓人類一睹宇宙風光,進入宇宙後讓大家產生了不少天馬行空的想法,但仍有許多問題困擾著人類,即便是科技如此發達了,人類幾十年還是未能飛出太陽系。對此,許多國家紛紛發射探測器進入太陽系,目的是讓探測器走出太陽系,談起探測器,我們不得不提到「旅行者1」,它在太陽系運動的過程中,居然發現了保護罩,對此不得不停下來,這是怎麼回事?
  • 旅行者1號或許已經正式飛出太陽系!
    儘管美國航空航天局(NASA)還沒有發表任何官方聲明,但是據《今日宇宙》網站報導,國外天文博客圈子裡正在瘋傳,旅行者1號探測器已經正式飛出我們的太陽系了
  • 旅行者號已經飛出太陽系,為什麼傳回的數據卻截然不同?
    尤其是以「旅行者」系列為代表的探測器成功飛出地球,開始了漫長的太空探索之旅。當然,全人類都對此寄予厚望,並且製造了兩個刻有人類文明信息的黃金唱片,希望能夠向未知的世界傳達人類的友好問候。實際上,「旅行者二號」並不是「旅行者一號」的備選方案,科學家們已經一再解釋,它們執行了不同的任務,只是在相近的時間段裡飛出了太陽系而已。最近,面對已經漸漸離我們遠去的「旅行者」系列探測器,科學家們仍然在密切關注它們的行蹤,作為目前離我們最遠的人工探測器,它們本身就承載了人類的很多期望。
  • 「旅行者1號」飛出太陽系 外星文明探測開新篇
    本月12日,美國宇航局發布了一條令全世界為之振奮的消息——經過36年的飛行,「旅行者1號」空間探測器已確認飛出太陽系,開啟人類星際探索時代。如今,它已成為距離我們最遠和飛行速度最快的人造天體。它就像測試人類眼界的試驗品,看看我們究竟能看到多遠的地方,而無論這位旅行者最終能走多遠,無論它是否能邂逅外星生命,它都是人類通往更遠未知世界的偉大探路者。
  • 旅行者1號品嘗太陽系外味道
    而旅行者1號飛出了太陽系,當然不會看到一個牌子上寫著:「太陽系外人民歡迎你」了。那麼如何判斷旅行者1號是否飛出太陽系了呢?「目前,旅行者1號所處空間環境已經滿足前兩個條件,它所接收的宇宙射線比以往增加了2倍,所接收的太陽輻射的高能粒子卻只有以前的1%,但探測器的磁力計還未發現磁場方向的偏轉。」龐之浩說,「美國航空航天局之所以認為旅行者1號還沒有飛出太陽系就是因為這個條件還沒有滿足。但是旅行者1號確實已經到達太陽系的邊緣了。」就像我們兩個國家的國界上有界碑一樣,越過界碑就算出了國。
  • 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
    212億公裡,不僅成為人類有史以來第一個飛出太陽系的探測器,也是人類飛行距離最遠的探測器。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?
  • 太陽系是扁平的,為什麼太空飛行器不向上或者向下發射飛出太陽系?
    從各種圖片及視頻中我們可以看到,太陽系的星體幾乎都處於同一個平面上,也就是說太陽系是扁平的,上下區域幾乎都是空的。那麼問題來了,為什麼人類發射的太空飛行器都是在扁平空間內飛行,而不向上或者向下飛行,那樣不是更加容易飛出太陽系嗎?
  • 旅行者1號將停止?太陽系外有「能量罩」,難怪無法飛出太陽系!
    自從人類航天技術高速發展後,讓人類一睹宇宙風光,進入宇宙後讓大家產生了很多天馬行空的想法,可是仍然有很多問題困擾人類,人類幾十年的時間都沒能飛出太陽系,對此很多國家把自己的探測器發射進入太陽系內,目的是為了讓探測器走出太陽系,說起探測器我們不得不提一下旅行者1號,它在太陽系移動的過程中竟然發現了保護罩,對此不得不停止運行,這是怎麼回事?