Question

太阳系扁平，科学家为什么不垂直发射航天器，更快飞出太阳系？

Answer 1

我们通常以地球绕太阳的公转轨道平面为标准，称之为黄道面，太阳的赤道面基本上也处于这一平面内。之所以如此，这与太阳系的起源有关。

不仅太阳系，由包括太阳在内，大约上千亿颗恒星所构成的银河系，它也是扁平的。不过银河系更像飞碟，因为它的中心区域比较厚，边缘地带则比较薄。太阳绕银河系中心公转的轨道平面称之为银道面，而黄道面和银道面的夹角为60度。

有人很疑惑，既然太阳系是扁平的，那我们为什么不垂直于黄道面发射探测器呢？这样不是可以更快地飞出太阳系吗？

有这种疑惑的吃瓜群众，肯定是没有考虑引力的问题。

太阳系确实是扁平的，但太阳的引力却不是。八大行星之所以绕着太阳转，就是因为太阳的质量巨大，拥有超强的引力。

探测器要想飞出太阳系，进入星际空间，就必须克服太阳的引力。如果把太阳看成一个质点，那么太阳的引力就是以这个质点为中心作用于四面八方，也就是说太阳的引力作用范围是球形的。

虽然太阳系看起来是扁平的，但太阳系的范围还是以太阳为中心，按球半径来计算的。若以太阳引力的作用效果来计算，太阳系的半径大约为一光年左右。

引力的大小与距离的平方成反比，探测器离太阳越远，太阳引力对探测器的作用也就越弱。

从地球上发射探测器，自然要以地球为起点，计算探测器摆脱太阳引力所需要的最小速度。这一速度被称之为第三宇宙速度，又称作逃逸速度，数值大小为16.7千米每秒。

需要注意的是，如果没有地球的运动做助力，直接从地球公转轨道起飞，所需要的最小速度则是42.2千米每秒。

因此，不管你是垂直于黄道面，还是从其它角度发射，都没有捷径可走，都需要克服太阳的引力。

况且，人类发射探测器的主要目的是为了探测太阳系中的其它天体。如果垂直于黄道面，向上或者向下发射，一路上空空荡荡的又有什么意义？

虽然原子能已经被用来发电，但是仍然没有办法用于航天领域，所以直到现在，人类发射探测器时使用的动力仍然是化学能。太空是真空，几乎没有阻力，但要想使探测器的速度足够快，就必须携带更多的燃料。可燃料带多了又会增加发射时的重量，以及耗费更多的经费。

地球的赤道面和黄道面的夹角仅为23.5度，沿着黄道面发射更省燃料一些，可以充分利用地球的自转和公转。此外，一路上还可以利用行星来加速。这样就能以最小的成本使探测器达到更快的速度。

借助其它行星的运动为探测器提供助力，更专业点来说就是借助了引力弹弓效应进行加速。当探测器从其它行星附近掠过时，会被该行星的引力拉着跑，只要角度合适，探测器的运动速度就能被加速。美国发射于上世纪70年代的的旅行者号探测器就是利用了这种方法，从而顺利造访了太阳系的外侧行星。