太陽系是扁平的,人類為什麼不從垂直於太陽系平面的方向發射飛行器飛出太陽系?

vv我心飛翔vv


太陽系並不是扁平的,只是人們為了直觀理解太陽系內各個行星的分佈狀態,而將太陽系描述為扁平的,嚴格來講,太陽系是一個球狀。


太陽系內各個行星的確是近似在一個大平面上,這個平面也被稱為黃道面,有人會疑問為什麼旅行者一號為什麼要沿著黃道面運行,而不是垂直向上飛。事實上這裡面是有很多種原因的,但是這麼飛行絕對沒有影響飛行器飛出太陽系,反而還會加速其往外飛行。

原因之一在於不論旅行者一號、二號亦或是其它的太空探測器也好,它們都有一個共同的目的就是探測太陽系內的行星,在飛出太陽系之前這是它們每一個飛行器都需要完成的任務,所以如果是垂直黃道面飛行的話,又如何能夠探測太陽系內的行星呢?原因之二在於空間探測器攜帶的燃料是有限的,所以為了節省燃料,所有的往太陽系外飛行的飛行器都需要依靠“引力彈弓效應”來加速,這就意味著飛行器必須要經過行星周圍,圍繞著行星轉幾圈,速度加上去了之後再飛往下一個行星。


還有一個原因就是地球在黃道面上自帶角動量,地球的赤道面和太陽的黃道面之間的夾角約為20°,所以在黃道面上的角動量分量是要大於垂直方向上的角動量分量的,所以向著黃道面上發射,探測器還能多借到一部分地球自轉帶來的角動量慣性。這樣也是更利於探測器的飛行。

飛行器想要飛出太陽系需要擺脫太陽的引力,按物質分佈的密度來看,太陽系的確是可以看做一個扁平的平面,但是太陽的引力分佈卻不是隻在扁平方向,引力的分佈是球狀的。廣義的太陽系半徑有1光年,以太陽為中心,最外圍包圍著一層佈滿小行星的星雲帶,稱為奧爾特星雲。


就拿旅行者一號來說,它的終極目的地是遠在4光年外的半人馬座三星系統,將太陽和三星系統兩點連線,這個線不一定在黃道面內。這樣說來其實走的路更長了,但是為了充分利用行星的引力彈弓效應,探測器必須沿著黃道面發射,否則的話,光依靠探測器自帶的燃料,是不足以飛出太陽系的。


鏡像宇宙


太陽系行星的軌道確實相對比較扁平,但「垂直飛出」會消耗更多的能量。而且如果你以奧爾特雲作為太陽系的邊緣的話,那太陽系也不是那麼扁平。

我們現在試圖飛出太陽系的航天器,例如旅行者系列、先驅者系列的飛行器,都是在行星軌道的這個大平面上飛行的。這並不是思維僵化,而是可以利用「引力彈弓」效應,加速飛船。使用更少的燃料,達到更高的速度。

引力彈弓效應可以用一個直觀的方式理解:你迎面向一輛飛馳而來的汽車扔一個網球,網球會被反彈回來。這時網球的速度是原先的速率加上汽車的速度。你沒有消耗更多的能量,但網球的速度卻大大增加了。

航天器利用引力彈弓效應時,當然不會直接撞到行星上,而是進入它的引力場,繞過半圈,以雙曲線的方式飛行。在飛離行星的時候,自己就獲得了更多的速度。

航天器常常利用火星、木星的引力來加速,可以靠很少的燃料就加速到足以脫離太陽引力的速度。

而如果垂直著飛出去,不光路上沒有可供加速的引力彈弓,而且也沒有什麼有意思的東西,一路幾乎都是真空。


章彥博


你不能以你的眼光去看整個太陽系呀!因為為了大家對整個太陽系能有更直觀性的感受,所以一般情況下,

圖片中看起來整個太陽系好像是扁平的,事實情況不是這樣的。

太陽系各大行星的軌道

太陽系有八大行星,這八顆行星都圍著太陽不停運轉,我們稱之為公轉。而每顆行星公轉的軌道並不是水平的,而是與平面有夾角,只不過這個夾角確實比較小。

如果我們用萬有引力來想這個問題就會變得很簡單,萬有引力的作用是沒有方向的。可以說它就是以球形範圍的,不留死角的。所以

只要你在太陽的球形範圍內,你都在太陽系。

所以太陽系不是扁平的,而是以太陽為中心的球形範圍才是太陽系。

為什麼不垂直太陽系平面發射飛行器?

我們好好想想飛行器發射的基本原則是什麼?那就是能省力就省力,如果我們垂直太陽系飛行就意味著飛行器需要完全抵抗太陽系的引力,且不說我們現在能否做到這一點,就算能做到也不用跟自己過不去吧。



但是如果我們就在地球上順著地球公轉軌道發射呢?要知道地球的軌道速度可達30公里每秒,藉助這一速度不就能大大降低飛行器發射難度嗎?

所以不垂直太陽系平面發射的原因,不是不可以而是更沒必要。


科學認識論


太陽系的範圍其實不是扁的,而是一個球體,所以探測器無論朝著哪個方向飛出太陽系,所要的飛行距離都是沒有任何區別的。

由於各大行星環繞太陽公轉的軌道平面夾角很小,行星看起來就像是在同一個平面上繞行太陽,所以太陽系經常會被誤認為是扁平的。但太陽的引力作用不只是在各大行星的軌道平面上,而是會作用於以太陽為中心的球形區域,各個方向都是均勻的。萬有引力定律表明,引力的大小隻取決於質量和距離,與方向無關。因此,從垂直於行星公轉軌道平面的方向飛出太陽系並不會縮短距離。

至於各大行星的公轉軌道平面幾乎共面的原因,這與太陽系的形成過程有關。最初的太陽系是一團星雲,後來中心發生引力坍縮,使得星雲逐漸扁平化,最終在原行星盤上形成了行星。

按照希爾球的範圍來計算,在距離太陽1至3光年的範圍內,其中的天體運動均是受到太陽引力的控制,這個球形範圍就是廣義的太陽系。正因如此,球殼狀的奧爾特雲包圍著整個太陽系,那裡分佈著大量早期太陽系天體。

事實上,如果從垂直於行星公轉軌道平面的方向飛出太陽系,探測器需要大量的能量,人類或許很難做到。地球繞太陽公轉,軌道速度每秒可達30公里。如果沿著地球軌道平面發射探測器,就能利用地球的軌道速度,從而大大降低飛出太陽系所需的能量。

通過理論計算可知,從地球軌道飛出太陽系的逃逸速度為42公里/秒,但利用地球軌道速度之後,逃逸速度將會降為16.7公里/秒(因為需要考慮到地球引力作用)。另外,沿著地球軌道平面飛行還能飛到太陽系的巨行星附近,可以對它們進行探測,並順便利用它們的強大引力來為探測器加速。


火星一號


這個是我們整個太陽系圍著銀河中心公轉的圖,直接明瞭



gofalien


太陽系運轉方式。



金玉滿堂文玩


先上一張圖:太陽系的真實情況。看到這個圖你就會明白,其實太陽系不是我們想象中的扁平狀,而是立體螺旋運動,走過的路線如彈簧一般。太陽攜帶著圍繞他的小兄弟們一起圍繞銀河系中心旋轉。



種花的小兔


太陽系是扁平的,人類為什麼不從垂直於太陽系平面的方向發射飛行器飛出太陽系?


也許太陽系行星的運行圖給了大家一個錯覺,只要離開黃道面就算是離開了太陽系!然而太陽系的界限並非是這個標準來區分的!

一般界定太陽系的範圍有幾個,一是以太陽引力範圍即希爾球為標準,另一個則是以太陽風為界定範圍,或者以太陽系傳統的柯伊伯帶為標準,甚至有以誕生太陽系的奧爾特云為標準的廣義太陽系範圍!

但從來都沒有以太陽系黃道面為標準界定的!黃道面是地球圍繞太陽公轉形成的平面,我們以此作為太陽系黃道基準平面!不過太陽系大部分行星和天體都在這個黃道面上下運行,當然除了那個奇葩的冥王星!

因此無論從哪個方向出太陽系,對於飛行器來說它所經過的距離是一樣的,不會有多少差別......那麼我們為什麼還是向黃道面平行方向發射探測器出太陽系呢?這是因為在和地球上向地球自轉方向發射衛星一樣,可以獲得地球自轉的速度比如在赤道約465M/S的加成!

那麼在太陽系黃道面上朝地球前進方向發射探測器能得到多少的加成呢?30KM/S,因為這就是地球在太陽公轉軌道上的線速度!而我們計算出來的16.7KM/S的第三宇宙速度是在這個30KM/S的基礎上的,假如我們要向垂直方向脫離,那麼就可以計算出來啦....如果要從地球公轉反方向脫離的話,那估計火箭要瘋了,因為首先就要抵消地球那30KM/S的速度!而人類用火箭加速的速度從來都沒有超過21KM/S,那帕克探測器是引力彈弓加速或者近日點加速而已!

帕克前往太陽的軌道!

因此沒有國家和機構選擇垂直黃道面方向發射探測器的,不為什麼,因為火箭太弱雞了......

但其實旅行者1號在過土星後就在其引力彈弓的加速下離開了黃道面,不是旅行者的火箭很NB,而是木星和土星的加速給了它這個膽子!!

引力彈弓加速技術......

極限可以獲得行星公轉軌道速度的2倍,但事實上這個是很難達到的!


星辰大海路上的種花家


如果我們知道太陽系是扁平的,就意味著扁平之內有可以探索的天體,扁平之外很遠距離沒有可以探索的星球,我們朝一個沒有目標的方向發射一顆飛行器,是不是太浪費?發射一顆飛行器可不是鬧著玩的,到處需要耗費鉅額資金,不能隨便找地方就發射了的,萬一失敗了,咋整。

如果,飛行器就五毛錢的成本,我想,不止您會疑問為什麼不垂直髮射飛行器,我也要自掏腰包,花60塊錢,不管他成不成功,朝各個方向各發一顆玩玩,也算是滿足好奇心。

假設,就在地球自轉軸的北極方向有一顆類地星球,離地球很近,大家猜,北極是不是已經被各個國家爭奪成為發射場了?


快樂剪影


從網上的資料圖片中可以看到太陽系的八大行星大體上都處於黃道面上,大體上呈現出星盤狀的結構。但這並不意味著太陽系就是一個圓盤形,我們對於太陽系的定義有很多種,都是隨著人類對於太陽系的逐漸認識而改變。最初我們認為八大行星就是太陽系的全部,直到柯伊伯帶作為太陽系的邊界,再到太陽風的作用範圍,再到太陽引力的作用範圍,最後就是認為太陽系外圍的奧爾特雲是太陽系的邊界。太陽系的範圍是一個半徑大約為一光年的球體。

我們發射探測器並僅僅是為了讓它飛出太陽系而已,例如上個世紀七十年代發射的旅行者一號,現在已經飛到距離我們二百多億公里之外。這一路上它除了探測木星、土星及它們的衛星外,還要藉助它們的引力彈弓效應進行加速。好逃脫太陽的束縛才能飛出太陽系。相對來說這更省燃料。

而如果垂直向上飛,在路徑上沒有天體可進行探測,同時還要大功率火箭進行推動,反而會更浪費燃料。並且現在也很難實現。


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