用户69282890670
影视作品中，我们常看到太阳系、银河系的缩略图，它们通常被描绘成扁平的圆盘形，然而，现实生活中，当某个国家发射太空探测器，比如著名的旅行者号时，却都是朝着盘子的边缘，
为什么不垂直往上飞呢？
道理其实非常简单，首先，太阳系中的天体分布虽然无序，但确实是都聚集在地球黄道面附近，从黄道面上空看起来，就像一个不大规则的圆盘。
然而，探测器在飞行时，无论朝哪个方向，都会受到来自太阳的万有引力，在当时的条件下，既没有电发动机，也没有太阳风帆，由于技术受限，旅行者号根本没有足够的燃料，用来摆脱太阳引力。
但是，聪明的科学家们很快又找到了解决方法，那就是“引力弹弓”。
顾名思义，这个方法就是利用各大行星的引力作助力，把探测器像弹弓一样射出去，就像漫威大电影里，雷神上天前，总要先甩一甩手里的锤子一样，这么做不仅酷炫，还能省不少力，
唯一的缺点，是路程要比原来的多出很多。
事实上，许多卫星在地球上发射时，都会选择靠近黄道面的位置，目的就是利用地球自转附加的惯性，和引力弹弓有着异曲同工的作用，正所谓动力不够，惯性来凑。
科学家在天文探索方面的发明与应用，凝聚着人类文明智慧的结晶，让人不得不服~
找靓机科普号
地球之外哪有那么多王法？当然也是可以的呀！
只是…………
人类目前还很弱，垂直往上飞的话，就占不到其他行星便宜了，另外就是无法一窥其他行星的那些个小秘密。
而如果不能给其他行星拍几张写真，还要多花钱（也不知多花钱能不能办到），那么你说，旅行者1号还有什么用？能审批通过吗？
反正我是不会批准的。
八大行星与太阳大小比较，地球在哪儿？图片来自Lsmpascal。
借助其他行星的力量，以便让自己获得加速，这是引力助推。（上图是飞船借助地球的力量）
旅行者2号比旅行者1号更甚，所以，先以2号来举例：
图片来自张天蓉的博文（美国德州大学奥斯汀分校理论物理博士）
注意看上图（可以放大图片看），纵坐标是飞行器相对太阳的速度，横坐标是飞行器飞过的距离AU（太阳到地球的距离）。
图中红色的线代表旅行者2号的速度变化图，你会发现，从地球发射后，其速度一直在降低，因为有个东西在扯着它，这就是太阳引力。
但是，当它飞到木星，通过引力助推，从木星获得一些动量后，其速度哗的一下，就垂直上去了，就好像有主力在拉升（股票用语），离开木星后，其速度又逐渐降低，后来，它来到土星，速度再次被拉升，土星也是个大主力机构，同样，来到天王星海王星，都被再次拉升……
图中绿色的线代表探索冥王星的“新地平线号”探测器，它只借助了一次木星的力量，然后就获得了逃逸太阳系的速度。
上图箭头所指的那根蓝线，代表不同的距离处，逃出太阳时所需要的最小速度。
可以看到，距离太阳越近，需要的逃逸速度就越大，而旅行者2号从地球发射后，其速度一直在太阳逃逸速度之下，也就是说，如果没有木星、土星等兄弟拉一把，它终究还是跳不出太阳的手掌心。
但奇怪的是，新地平线号从发射离开地球后，其速度一直在逃逸速度之上，这是为何？因为它是有史以来以最快的发射速度离开地球的人造物体。
但即使如此，新地平线号也借助了一次木星的引力拉扯，这才不至于后来降到逃逸速度之下。
图片来自张天蓉的博文。
从上图可以看到，旅行者1号只借助了木星和土星的引力助推，由于不再打算去天王星和海王星家借力，这家伙马上就翻脸不认人了，离开土星后，旅行者1号立即与太阳黄道分道扬镳（不是横着飞了），直接朝蛇夫座的方向前进，一直到今天也如此。
对了，上图（b）中有一处错误，你能挑出来吗？
寒木钓萌
之前看过一些类似的问题，比如「人造卫星为何不垂直向上飞」，那些问题的解答很容易——人造卫星并不是要脱离地球引力，所以向上飞不合算。到了旅行者一号的问题上，它本身就是要离开太阳系，所以看起似乎「垂直向上飞」还算是合理的选择。
但是，这只是只考虑了旅行者1号自身推力时的结论。大家可能就会疑惑了，除了自身的推力，难道还有其他的推力吗？这还真有，就是「引力弹弓」。
旅行者一号在飞行过程中，多次利用引力弹弓效应，大幅提高自身的速度，大大减少了能量的消耗。下面，我来解释一下引力弹弓到底是什么。
引力弹弓，用形象的语言来说，就是以一定速度「撞向」飞来的行星，然后发生了弹性碰撞，所以会以更快的速度离开。但是，旅行者一号如何与行星发生弹性碰撞呢？难道不会一头扎进去，就灰飞烟灭了吗？
其实，这里的「碰撞」并不是严格的碰撞，而是一种近似。它是与引力势能发生了碰撞。举个例子，假设飞行器飞向木星，与木星速度相反。但是，这时我稍稍偏一点，就会进入木星的轨道，绕一圈之后，再从木星的轨道飞出。在这个过程中，动量一定守恒，两个天体的动能也守恒。但是，木星由于被航天器的引力微微的拉了一点点，速度有了极其微小的减慢，而航天器的速度却有了大幅的提升。这就是所谓的「引力弹弓效应」。之所以不垂直向上飞，就是因为「上面」并没有什么可以用来加速的行星。
章彦博
太阳系不是扁平的，只是各大行星基本上在黄道面附近运行。
旅行者为什么要沿着黄道面飞行，而不是垂直向上飞行呢？
我觉得有以下几个原因，可能不完全，但是这些因素还是有的。
1，旅行者的飞行目的
旅行者号探测器是外层星系空间探测器，由美国研制并建造，共发射两颗。原名分别是“水手11号”和“水手12号” 。旅行者2号和旅行者1号分别于1977年8月20日和9月5日发射升空。这两个姊妹探测器沿着两条不同的轨道飞行。
担负探测太阳系外围行星的任务。所以如果垂直与黄道面发射，还上哪里去探测太阳系外围行星呢？直接找外星人玩去了！
2，燃料重量有限
旅行者号发射时，太空技术还没有今天这样成熟，再加上成本控制，它能携带的燃料有限，既没有现在成熟的电发动机，也没有太阳风帆之类的未来技术，所以需要靠一种“引力弹弓”的方式接力经过太阳系的各大行星，也就是先到一个行星，在行星周围绕几圈，把速度提上去，然后再摆脱行星才有力气前往下一个行星，不知道是有没有士力架，要是有的话其实给它吃上几条估计也不用这么费劲了。
3，地球在黄道面上自带角动量
尽管地球的赤道和太阳黄道有20多度的交角，但是地球在黄道平面上的角动量分量还是大于垂直方向上的，所以向黄道面发射，探测器还是能借到一部分地球自带的惯性的。
4，银河系还算比较厚
银河系平面和太阳黄道平面有60多度的交角，所以如果外星人来袭击地球，想大刘等科幻作家说的那种，先攻击天王星，木星，一步步再进攻地球的可能性比较小，更大概率来说，外星人会从银河平面角度直接进攻地球，不用绕道去别的行星。
换句话说，如果旅行者的目的单纯，只是向星际邻居表明我们的存在的话，那实际上应该直接60度仰角发射，直接进入银道平面，这样被发现的机会远远超过沿黄道平面离开的概率。
但时候在银盘还是有厚度的，而旅行者号那点可怜的小速度，几千万年也不见得能飞出银河这个盘子，还是有一定的希望被其他文明发现，给他们带去点惊喜的。
科幻直通车冯志刚
你想多了，首先太阳系就不是扁平的，扁平的说法只是以太阳为参照物来说的，而宇宙万物没有静止的，当你跳出太阳系再看，你会发现其实太阳系就像螺旋前进的锥形，中间太阳拖着几个小弟旋转着前进。
zails0304
因为垂直向上飞，能航行的距离还没有现在的远，并且随着燃料的耗尽，应该早就被太阳引力拽回来了。
说实话，我们能想到的情况，专家们也早已想过的。而且旅行者一号并不是用来测太阳系/厚度的探测器，它的任务是探测其他行星，后来才飞出太阳系的。
下面来说一说为什么垂直飞，是不能飞出太阳系的原因
①前几年新闻报道，旅行者一号已经飞出太阳系。但因为平时我们看扁平的太阳系模型看多了，就会很自然的以为：离开太阳系=穿过最远行星轨道
但这是一个错误的观点，从NASA的说法来看，穿越太阳系，是指穿过日球层，也就是太阳风能够到达的最远端。
很显然，即便你垂直的飞到了众星球的上方，但是你没能飞出日球层，那么你还是在太阳系内。
②下面就来讲讲，为什么旅行者要横向飞出太阳系？
首先引力是立体的，不论你向哪个方向，都需要克服引力做功，消耗能量消耗燃料。但是沿着行星飞有一个巨大的好处：可以利用引力弹弓效应。简单来说，就是利用行星的引力为自己加速以及节省燃料。这样一算，确实比垂直飞行要更加持久！
③垂直发射需要更大的速度，因为中途没有行星为你节省燃料和加速，那么探测器需要在耗尽之前达到最低逃离太阳系的速度，以地面的发射速度来说，在出大气层时速度要在50公里每秒以上（综合地球公转速度和第三宇宙速度）
但是很遗憾，这么高的速度目前还达不到
综上：所以要飞出太阳系的航天器，都不会选择垂直飞行这条途径！
期待您的点评和关注哦！
赛先生科普
上面的回答没有一个在点子上。
旅行者一号飞出太阳系需要摆脱太阳引力。太阳系基本上确实是扁平的，但是不意味着太阳引力只在扁平的方向有，而是球形分布的，距离一样，引力一样。这种情况下，为了节省燃料，科学家们想到一个技术，取名叫引力弹弓，就是利用大行星的引力来给旅行者一号加速。通过经过大行星的多次加速，旅行者一号具有了摆脱太阳引力的速度，才能飞出太阳系。如果不利用引力弹弓，旅行者一号的燃料根本不够。
Pi清心健脑
这个问题我想一定有人这样认为：
垂直飞就距离而言的确要比水平飞短不少，如果二者拥有相同的速度，讲严谨一点这里的速度都是相对太阳的速度，那么垂直走能更快飞出太阳系。但问题来了，垂直方向没有像木星土星一类引力强大的行星，飞行器只能靠自身燃料加速。那个漫威英雄打个比方，雷神飞的时候总是甩着锤子走，不是跳着飞，说明雷神的物理功底还是不错的。
但是事实没有这么复杂，因为飞行器远走他乡，它的任务不仅仅是飞出太阳系，它还要负责测量太阳系中各个星体的数据，飞出太阳系仅仅是顺道而已。恩，这个点要考，快圈出来。
其实旅行者1号测量出的太阳系厚度仅为0.5个天文单位（一个天文单位是地球到太阳的距离）这个数据应该是不算彗星轨道的，假设地球在厚度方向中点那只要飞0.25个天文单位。同样半径我们不计算彗星轨道，算冥王星40个天文单位的距离。真要比谁更早飞出去感觉还真不好说。
uu208418262
首先，太阳系不是扁平的，之所以感觉太阳系是扁平的，是因为各大行星都是在黄道附近的一个夹角内平稳的运行。而另外一种连科学家都无法给出准确数字的天体--彗星，则调皮的多。各种黄道夹角运行的都有，它们的运行轨道还各种不固定。加上太阳系中两个超级吸尘器--木星和土星的存在，很多彗星飞着飞着就没了（如1994年撞了木星的苏梅克-列维9号彗星就被撤编了）。比如著名的海尔-波普彗星（1994年曾飞临地球，据推算其3600年公转一周），就是以几乎垂直于黄道的轨道运行的，也有人认为它是个跨星系运行的彗星，也许它再也回不来了。像哈雷彗星那样按时打卡，正儿八经上班的彗星实在是少之又少。因此，太阳系的模型绝对不是饼或者钹状的，而是球状的。而太阳系里最多的星体就是彗星，数量可能以万，十万，百万计，甚至更多。科学家至今无法给出准确的数字（鬼也不知道还有多少个海尔-波普样的彗星正在靠近或者正在远离！）。
旅行者一，二号所以没有垂直向上飞，即是受当时的科技条件所限，也是带有科学探索超远距离行星的目的。因为以当时的条件，飞行器需要借助于沿途行星的引力，把自己甩向太阳系的边缘。这就是所谓的引力弹弓，说到引力弹弓，可能叫太空摆渡更确切一些。就是飞行器再运行过程中，被某个星体俘获，成了其的卫星，当飞行器飞到最高点的时候，开启发动机，将飞行器推倒更高的高度，如此往复，直至其速度足以摆脱这个星体的引力的时候，它就可以飞向下一个星体了。这样做的好处，是即节省燃料，还可以近距离观测某行星。而垂直太阳系发射的话，这些好处就都没了，这方面的技术目前也是成熟的。只是没意义。因为飞行器同样受到太阳的引力，需要飞行和平飞一样的距离，才能飞出太阳系。天天对着黑洞洞的宇宙，不知道要飞多久才能偶尔看到一颗彗星，至于外星系，那是几万年以后的事情了。虽然现在电推可以提供持续的加速度，但可以肯定的是，当海尔-波普彗星（1994年曾飞临地球）再一次到达地球的时候，任何以现有技术制造的飞行器都不可能飞到半人马座的南门二的姊妹星（比邻星-距离太阳系最近的恒星，距离地球4光年，光到比邻星比到南门二近一个月。它们是双恒星体系。）。
游子天涯君莫问
因为旅行者号想要飞出太阳系，必须借助各大行星的引力，利用数百年才出现一次的窗口时间，像接力一样从一个行星飞跃到另一个行星，最后飞出太阳系。单单靠旅行者号自己的动力是达不到能够逃出太阳系的逃逸速度的，人类还没有那么大的能力，即使能达到也非常不经济，需要耗费更多的燃料也就是金钱。
