為什麼不從垂直太陽系平面方向把探測器送出太陽系?
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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,那裡分布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。
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