如果太阳系是平面，我们垂直于这个平面发射探测器，是不是更容易脱离太阳系？

floatagfly

如果太阳系是平面，我们垂直于这个平面发射探测器，是不是更容易脱离太阳系？

floatagfly

根据科学家的计算数据，假如航天探测器垂直于黄道平面发射，也就是太阳系平面发射的话，则所需的最低发射速度为肯定要大约每秒7.9公里。其实根本不用计算，我们就知道，平行黄道面发射，可利用地球绕太阳公转的速度惯性，垂直的话，肯定用不到这个惯性了。

倘若在平行于黄道面方向上发射探测器，地球公转的速度还能借助，能够节省一大部分能量，我们目前发射的探测器达到第三宇宙速度全部依靠地球的公转速度逃离太阳系。平行于黄道面方向上发射的话，还能借助行星的引力弹弓效应，进一步节省探测器的燃料，还能在此过程中顺便探测这些行星。

前不久光临太阳系的星际小行星，就是垂直黄道面，如果你要追上，肯定不得了，那就是垂直黄道面发射。达到这个速度所需的能量十分巨大，人类目前的航天技术暂时还达不到这样的要求，所以想要垂直于黄道面发射探测器目前来说是不可能的。

当垂直于黄道面发射探测器的话，还有一点很重要，就是要克服部分地球的公转速度与第二宇宙速度，这样子不但不能节省燃料，反而需要消耗更多的能量。逆水行舟，你当然要更多的能量才行，这大约相当于平行于黄道面发射探测器的十倍。所以垂直于黄道面发射探测器是更加困难才能脱离太阳系的，但如果要追赶某个天体，就另当别论了

Jefflq

答：垂直于黄道平面发射探测器，所需的最低发射速度为52.9km/s，远远高于第三宇宙速度，需要的能量是非常巨大的。
我们知道，第三宇宙速度16.7千米/秒，是地球上逃离太阳系的最低速度。但是很多人对第三宇宙速度的理解并不正确，比如地球的公转速度是29.8千米/s，那么，我的问题来了：
地球公转速度高于第三宇宙速度，为什么地球没有逃离太阳系引力？

如果把这个问题弄明白，就解释了不垂直于黄道平面发射探测器的原因！



首先，黄道指的是地球围绕太阳的公转平面。
第三宇宙速度，并不是指地球轨道处的太阳引力逃逸速度，而是指地球上发射的物体，要逃离太阳引力相对于地球的最低速度。

根据万有引力势能公式，我们很容易计算出，地球轨道处逃离太阳引力的速度为v=√（2GM/r）=42.2km/s。
地球公转速度是v0=29.8km/s，也就解释了地球无法逃离太阳引力的原因。



我们在地球上发射探测器，完全可以借助地球的公转速度，然后在29.8km/s的基础上，再增加v1=12.4km/s，就可以达到42.2km/s的逃逸速度，这将省去很大一笔能量。
但是，在地球上的物体，还需要额外克服地球的引力，逃离地球的速度（第二宇宙速度）为v2=11.2km/s。
所以：在地球上，逃离太阳引力的最小发射速度：v=√(v1^2+v2^2)=√(12.4^2+11.2^2)=16.7km/s。




这就是第三宇宙速度的算法。
理解了这点，再来回答原问题。

第三宇宙速度，是我们借助了地球公转速度后的最小发射速度，但是我们需要向着地球公转方向发射才行。



如果我们采用垂直于黄道平面发射探测器，此时对太阳的逃逸速度还是42.2km/s，但是与地球公转方向垂直了。
要想完全垂直于黄道平面发射探测器，我们需要克服部分地球的公转速度，还要克服地球的第二宇宙速度。
那么发射速度为v=√(v^2+v0^2+v2^2+)=√(42.2^2+29.8^2+11.2^2)=52.9km/s。
也就是说：地球上发射探测器，要想垂直于黄道平面达到太阳的逃逸速度，探测器最小发射速度高达52.9km/s，这远远高于第三宇宙速度，而且人类目前的航天技术，也达不到这么高的发射速度呢！
另外，在黄道平面的探测器，还可以利用火星木星等大天体的弹弓效应，进一步节约燃料，但是垂直于黄道面发射对我探测器，就没有这样的条件。



所以，垂直于黄道平面发射探测器，不但不能节约燃料，反而需要消耗更多的能量，是平行于黄道平面发射探测器的（52.9/16.7）^2=10倍。
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dgd78

不论朝哪个方向发射，探测器都要克服地球引力和太阳引力，以太阳为参考系，探测器的速度都相同。


利用地球公转速度发射探测器的第三宇宙速度是16.7km/s，地球公转速度是 29.8km/s，也就是探测器相对于太阳的速度是46.5km/s。
垂直太阳系平面发射探测器，探测器会自动获得地球的公转速度29.8km/s，合速度是46.5km/s。根据速度合成法则，垂直发射速度为√46.5-29.8=35.7km/s。


垂直太阳系发射探测器，发射速度是正常发射速度的2倍多，发射能量增加4倍有余。所有计算过程不考虑空气阻力和其它行星的影响。

skypaladin

哈哈，这是个好问题。貌似这么一想，感觉好有道理的样子!如果直接垂直穿越太阳系（也就是垂直黄道面上去），中间就直接忽视行星的阻碍，不就毫无顾忌且很快的脱离太阳系了么？


但事实却不是这样。如果垂直发射，那就是件吃力不讨好的事情。下面说几点原因:

①首先引力的存在是全方位的，无论你上下左右，该受多少力还是多少力，所以说貌似穿过了太阳系进入了星际空间，但实际上你还是处在太阳控制范围内


②接第一条，垂直发射还有个最重要的弊端。就是发射速度必须很大（地球公转速度30公里每秒，再加上逃离太阳的最小速度，估算发射速度至少在50公里每秒以上）
目前来讲，出大气层时，飞船的速度无法达到这个数值的。为此必须持久加速，中间不能断，而燃料就成问题了，并且还没有行星给你绕圈搞引力弹弓
③对于还在用化学火箭的我们，这简直是个不能完成的任务。要这么做，只能寄托于核动力或者类似光帆原理做动力的引擎了。


总结一句话:为了达到逃逸标准，太烧燃料了，半路就得熄火被拽住。

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