木星的引力彈弓為流浪地球加速,木星的軌道會變嗎?

2020-12-05 刁博

引力彈弓是利用星球的引力給探測器加速的一種常用方法,人類發射的飛往地球軌道之外的探測器,很多就用到了引力彈弓進行加速。人類在70年代的時候能夠發射飛出太陽系的旅行者號飛船,就是因為當時的時機非常好,可以連續藉助多顆星球的引力進行加速。

引力彈弓的原理也比較簡單,如下圖,一顆行星在太陽系內運行的線速度是u,探測器的飛行速度是v,這樣探測器相對行星的飛行速度就是u+v。探測器飛到行星附近時在其引力的影響下軌道會發生偏轉,再次從星球表面飛出時,相對星球的飛行速度仍然會是u+v,不過相對太陽系的速度就會發生變化,如果這時探測器的飛行方向和星球的飛行方向相同,這樣它相對於太陽系的速度就會變為2u+v,速度足足增大了2u。

飛船的能量或動量增加了,能量當然不是憑空多出來的,而是從行星上獲得的。理想情況下,也就是沒有空氣阻力以及不必為探測器點火加速的情況下,探測器增加了多少機械能行星就會減少多少機械能。行星的機械能減少了,軌道就會變得靠近太陽,行星的能量損失的越多,軌道變化就會越大。其實人類活動發射出去的探測器和行星比起來,質量是小的可憐,行星為探測器提供那點能量對自己受到的影響直接忽略不計。

而若是到了《流浪地球》中的場景,情況就變了。《流浪地球》中依靠木星的引力彈弓為地球加速,木星的質量是地球質量的大約318倍,這時候地球的質量在木星面前就不能忽略不計了。木星多次對地球進行加速,木星的能量就會多次減少。每減小一次,木星的軌道就會更加靠近太陽。如果能夠進行天文觀測,木星的軌道變化是比較明顯的。

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  • 《流浪地球》的引力彈弓究竟是啥
    最近在看完大熱的科幻電影《流浪地球》後,很多人都有這樣的疑問。雖然電影和原著小說中都籠統地解釋這是為了利用「引力彈弓」,但想解釋什麼是「引力彈弓」,卻著實要費一番口舌。  不知你小時候是否玩過一種叫「彈力球」的玩具,這種玩具由於彈性極強,丟到哪裡都幾乎會以原速彈回來。
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