太阳系恰似一个平面,既如此,探测器为何不垂直于这个平面发射?
一般来讲,我们所看到的由太阳、八大行星、小行星带以及柯伊伯带所组成的太阳系呈现出一个盘状的效果,而事实上也大体如此。
为什么太阳系中的所有星体组成了一个近似于平面的结构,而并非是一个立体构图呢?这其实并不是偶然的,而是由太阳系的形成过程所决定的。在太阳系最初形成阶段,这里并不是一片扁平状的结构,而是一团不规则的物质团,也就是我们常说的星云。任何有质量的物体之间都会产生相互的引力作用,所以构成星云的大量物质在引力的相互作用下开始坍缩凝聚,而在这个坍缩凝聚的过程中,离心力逐渐增大。
随着物质的坍缩凝聚和离心力的增大,星云开始转动,星云的转动进一步促进了物质的急剧坍缩,整团星云在这一过程中逐渐趋于扁平,而后随着星体的逐渐形成,太阳系就成为了一个外观扁平的恒星系。
既然太阳系基本呈现一个扁平状的外观,那么人类在进行宇宙探索的时候为什么不垂直于太阳系的平面发射探测器呢?这样不是更容易就能离开太阳系吗?人类之所以不会垂直于太阳系的平面发射探测器,是有原因的。首先,人类虽然生活在太阳系之中,但实际上对于太阳系知之甚少,我们知道太阳系有八大行星,但对每一颗行星的了解却只是皮毛。所以探索太阳系就是人类探索宇宙的一个重要部分。
如果垂直于太阳系发射探测器,那么就错过了所有的太阳系天体,探测器在空旷的空间中独自前行,这有什么意义呢?
人类每一次发射的远距离太空探测器,在发射时间上都会仔细斟酌,尽量能够在较短的航行距离下经过更多的太阳系天体,以便能够获得更多的探索数据。
其次,即使人类不考虑太阳系的探索问题,仍然无法垂直于太阳系平面发射宇宙探测器,其原因就在于人类还没有这样的能力。有质量的物体,随着速度的增加,惯性质量也会随之增加,要继续加速就需要更多的能量,所以探测器在宇宙中不断加速是要消耗很多能量的。而探测器本身显然无法携带如此之多的燃料。
基于这个原因,探测器在宇宙中加速必须要借助宇宙中的力量,也就是引力弹弓效应。
引力弹弓效应又可以称之为引力助推,这种原理和我们所使用的弹弓很像,就是利用行星的引力场来给太空探测器进行加速。简单来讲,宇宙探测器所经过的每一颗行星都可以成为其免费的加速器,正是在这些行星的帮助之下,人类的探测器才能够顺利飞向太阳系之外,否则不等飞出太阳系,燃料早就耗尽了。
即使是在引力弹弓效应的帮助下,如旅行者1号也已耗尽燃料,成为了太空中随机飘荡的一叶小舟。这就是从技术上无法垂直于太阳系平面发射探测器的原因。
最后,人类之所以不垂直于太阳系平面发射探测器,是因为这种做法并没有意义,它并不会缩短人类飞出太阳系的距离。
从构成太阳系的主要天体结构来看,似乎太阳系的确是在一个平面之上,但这其实是一种美丽的误会。所有的太阳系天体基本处于同一平面并不代表太阳系就是一个平面。通常认为太阳系的边界为奥尔特星云,不论这种划分界限的方式是否正确,奥尔特星云处于太阳系外围是一个事实。
而奥尔特星云并不是一个围绕太阳系的圆环,它是一个球,也就是说太阳系这张大饼是被包在奥尔特星云这个圆球之中的。所以即使垂直于太阳系星体所构成的平面发射探测器,也需要经过同样的距离才能够冲出奥尔特星云,而这条路空空荡荡且没有任何天体帮助我们助推加速。