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航天器|人类发射航天器为啥不向上下飞，而是横着黄道面飞？


航天器|人类发射航天器为啥不向上下飞，而是横着黄道面飞？
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航天器|人类发射航天器为啥不向上下飞，而是横着黄道面飞？
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航天器|人类发射航天器为啥不向上下飞，而是横着黄道面飞？
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本文参加小编 #科学了不起# 系列征文赛 。
常有人问这个问题 。 他们认为太阳系是扁平的 ， 如果向黄道面上下飞 ， 就能够更快地飞出太阳系 。 但人类发射航天器为啥就这么固执 ， 一定要顺着黄道面发呢？
其实太阳系虽有黄道面 ， 也就是所有行星等天体都分散在一个相对太阳赤道的盘面上 ， 但并没有上下之分 ， 只有垂直黄道面和平行黄道面之分 。
事实上 ， 垂直黄道面发射航天器不会更快飞出太阳系 。
太阳系一般指太阳以及围绕着太阳运行的八大行星以及各种大中小天体 。 飞出太阳系 ， 一般是指飞出太阳的引力影响范围 ， 这个范围大概半径有1光年 。 也就是说要飞出太阳系 ， 就要飞离太阳1光年的范围 。
从哪个方向飞会更快呢？言下之意就是在各种条件相同的情况下 ， 哪个方向的引力更小 。 要弄清楚这个问题 ， 首先要搞清楚引力是如何作用的 ， 这就是牛顿的引力定律 ， 表述为：F=GMm/r^2 。
这个公式中 ， F代表引力大小 ， G为引力常量 ， M和m表示引力相互作用的两个大小物体质量 ， r是它们质点之间的距离 。 这里G约等于6.67*10^-11N·m^2/kg^2 ， 表示两个1kg球体质点相距1米的引力值 。
从这个公式我们可以看出 ， 引力是与作用双方质量大小乘积成正比的 ， 是以距离平方成反比的 。 也就是说引力作用双方质量越大 ， 引力就越大 ， 距离越近引力越大；反之 ， 引力就越小 。
这就说明了引力没有什么上下左右之分 。
我们太阳系太阳是当然的老大 ， 其质量占据了整个太阳系的99.86% ， 所以太阳系里 ， 太阳才是引力王者 。 而引力没有上下左右之分 ， 是围绕着太阳形成的 ， 不管在太阳那个方向 ， 引力都是一样的 。
太阳的引力影响半径大约有1光年 ， 因此不管是顺着黄道面（盘面）飞 ， 还是垂直黄道面飞 ， 飞出太阳系都有1光年的旅途 。
太阳系除了太阳 ， 还有八大行星和许多矮行星和卫星 ， 还有无数的小行星 ， 但这些天体加起来才占太阳系的0.14% ， 因此引力很微弱 ， 相比太阳几乎可以忽略不计 。 但引力有一个规律 ， 就是越远衰减的越厉害 ， 是一个非线性的数量级衰减关系 ， 因此当距离太阳较远时 ， 而距离某个行星较近时 ， 这个行星的引力就会占据主导地位 。
这样 ， 引力虽然没有上下左右之分 ， 由于太阳系各天体都分散在黄道面上 ， 就像此问题说的是一个扁平的盘状系统 ， 在这个盘状面上 ， 由于发射人造天体受到一路行星影响 ， 引力的状态相对垂直黄道面会复杂一些 。
但这种复杂给人类利用引力效应提供了方便 。
人类发射航天器的能力现在还处于较低级阶段 ， 发射速度还不够快 ， 用于发射所耗费的燃料巨大 ， 且大部分消耗在克服地球引力、空气阻力以及火箭自身重量上 ， 火箭自重又绝大部分消耗在火箭所携带的发射燃料自重上 ， 一艘数百吨甚至上千吨起飞重量的火箭 ， 最终的有效载荷 ， 也就是发射到轨道上的航天器只有几吨或十几吨 。
如迄今最大的运载火箭土星五号 ， 起飞重量达到3038.5吨 ， 但最终运送到月球轨道的载荷也只有45吨 。 因此 ， 一旦发射成功 ， 航天器自身能够保留的燃料就很少了 ， 只能主要用于调整姿态 ， 不可能有太多用于提速 。 幸好人类发现了可以利用天体引力提升飞船速度 。


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