问题

太阳系是扁平的,为什么我们不能向上向下飞,冲出太阳系?

回答
关于太阳系是否扁平以及我们为何不能随意“向上向下”飞出太阳系的问题,这其实涉及到对宇宙空间和引力本质的理解。

首先,我们确实可以把太阳系想象成一个相对扁平的盘状结构,主要原因在于它的形成过程。太阳系的形成可以追溯到大约46亿年前,那是一个巨大的、旋转的分子云,主要由气体和尘埃组成。当这个云受到某种扰动(比如附近超新星爆发产生的冲击波)开始收缩时,根据角动量守恒定律,它的旋转速度会越来越快。在这个旋转的过程中,物质会自然地向围绕中心旋转的平面聚集,就像搅动牛奶时,液体会形成一个漩涡中心一样。

绝大多数的行星、小行星、彗星以及太阳本身,都围绕着太阳在这个大致的平面上运行。这个平面被称为“黄道面”。你可以想象一下,如果把太阳放在一个巨大的转盘的中心,行星就像被绑在转盘边缘的沙子,它们都会沿着大致相同的轨道在同一个高度上运动。所以,从这个意义上说,太阳系是“扁平”的。

然而,当你说“向上向下”飞出太阳系时,这里面其实包含了几个误解。

第一个误解是关于“向上向下”这个方向的绝对性。在宇宙中,并没有一个绝对的“上方”或“下方”的参照系。我们所说的“向上”或“向下”,通常是相对于地球的引力方向而言的。在地球上,“向下”就是朝着地心方向,而“向上”就是远离地心的方向。但在太空,尤其是在离开了地球引力的束缚之后,这种方向感就变得模糊了。你可以朝着任何方向前进。

第二个误解,也是最关键的一点,就是我们为什么不能随意“向上向下”就能冲出太阳系。这主要是因为太阳的引力。太阳占据了太阳系绝大部分的质量(大约99.86%),这意味着它产生了极其强大的引力。这个引力就像一张无形的大网,将太阳系内的所有天体牢牢地束缚在它周围。

我们之所以能绕着太阳公转,而不是直接飞向太阳或者飞离太阳,是因为我们同时具有一个相对于太阳的运动速度。行星的轨道运动,就是太阳引力提供向心力,而行星的惯性(想要直线运动的趋势)共同作用的结果。就像你甩动一个绑着石头的绳子,石头会绕着你转,但如果你突然松手,石头就会沿着它当时的切线方向飞出去。

要“冲出太阳系”,我们就必须克服太阳强大的引力。这需要我们拥有足够的能量,能够让飞船的速度超越太阳系的逃逸速度。逃逸速度是一个非常关键的概念,它指的是从一个天体(在这里是太阳)的引力场中摆脱出来,不再被其束缚所需的最低速度。对于地球而言,逃逸速度大约是每秒11.2公里。而对于太阳系而言,因为太阳的引力作用范围非常广阔,要真正意义上“逃离”太阳系,到达一个能够摆脱其影响的区域,所需的速度会比地球的逃逸速度大得多,而且这个速度的计算还需要考虑你相对于太阳的初始位置和运动状态。

即使我们能达到这个速度,我们也并不是“向上”或“向下”飞。我们只是沿着一个特定的方向,将飞船的速度增加到足够大,以至于它能最终摆脱太阳引力的束缚。你可以选择任何一个方向,只要速度足够大,理论上都可以“冲出”太阳系。

所以,尽管太阳系在横向(黄道面内)看起来是扁平的,但这并不意味着在垂直于这个平面的方向上没有引力存在。太阳的引力是三维的,它向四面八方辐射,将所有天体束缚在它周围。我们不能随意“向上向下”冲出太阳系,是因为我们没有获得足够的能量来克服太阳的引力,达到逃逸的速度。目前人类现有的航天器,比如旅行者号探测器,正在以极高的速度朝着太阳系边缘前进,但它们仍然需要数万年的时间才能真正意义上“离开”太阳系的势力范围。

网友意见

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我的认识是

  1. 无论向哪个方向飞,飞行器目的是摆脱太阳的引力,飞向外太空. 太阳是一个球体.因此向哪个方向飞引力都是大致一样的. 这是最大一个力量.这是前提一.
  2. 人类目前飞行器水平类似于大航海时代之前造船水平. 现有动力和所带燃料还足还造不出向直接飞出太阳,因此用了一间接办法,利用各个行星的引力,一次一次向外甩. 这样可以节约大量燃料.

3.走太阳黄道面这种做法类似于横渡大西洋,当技术水平不足以直接横渡时,可以先造小船通过大洋中岛屿接力补给横渡,当未来技术提高,人类应该是能直接造出向上飞的第三宇宙速度飞船的.

4.利用行星向外弹有一个专业术语叫引力弹弓效应,或引力助推,本乎有更专业人士回答

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