太陽系是扁平的嗎？宇宙飛船為何不能垂直飛出太陽系？

實(shí)在搞不懂！太陽系明明就是扁平的，宇宙飛船要是垂直于這個(gè)平面飛行，不是更容易飛出太陽系嗎？干嘛非得貼著太陽系的平面飛行呢？一起來聊聊這是怎么回事吧！

很多人在看到這樣的太陽系時(shí)就認(rèn)為“太陽系是一個(gè)扁平的圓盤”，但這并不準(zhǔn)確。這只是太陽系核心區(qū)域的形狀特征。天文學(xué)家把地球的公轉(zhuǎn)軌道平面稱為“黃道面”。八大行星的公轉(zhuǎn)軌道幾乎都是位于黃道面附近的。即使軌道傾角最大的水星也只有7°。別的行星軌道傾角基本上都在3°以內(nèi)，幾乎完美貼合黃道面。所以，當(dāng)我們看到只有八大行星的太陽系時(shí)，太陽系的形狀就是扁平的。
但這只是太陽系的核心區(qū)域，從太陽到海王星軌道只有45億公里，大約只占整個(gè)太陽系半徑的一萬分之五。而在太陽系的最邊緣地帶是包裹著整個(gè)太陽系的球狀云團(tuán)奧爾特云，它距離太陽最遠(yuǎn)可達(dá)1光年，大約9.5萬億公里，那里的冰質(zhì)天體估計(jì)超過1000億顆。

因此，太陽系應(yīng)該是一個(gè)“核心扁平，外圍球狀”的復(fù)合結(jié)構(gòu)。那么，即使我們只從太陽系的形狀上看，宇宙飛船無論是沿著太陽系圓盤平面，還是垂直于軌道平面飛行，都得是飛出球狀的奧爾特云后，才算是真正的飛出了太陽系吧！
那宇宙飛船垂直于太陽系圓盤面飛出太陽系會(huì)更容易些嗎？這個(gè)想法是錯(cuò)誤的！它把“飛出圓盤”和“脫離太陽的引力”劃了等號(hào)。

太陽是一顆質(zhì)量巨大的恒星。所有受到太陽引力的束縛而圍繞太陽轉(zhuǎn)動(dòng)的天體都在太陽的底盤內(nèi)。太陽的引力可不管“上下左右”，它是從中心向著四面八方延伸的球狀分布。不管你從哪個(gè)方向飛，想要離開太陽系都得突破這張“球形網(wǎng)”的束縛。因而，我們判斷自己是否已經(jīng)飛離了太陽系，不是看是否飛出了太陽系圓盤面而是看是否已經(jīng)擺脫了太陽的引力控制。
要擺脫太陽引力的控制就必須達(dá)到太陽的逃逸速度。在地球軌道處，太陽的逃逸速度約為42.1公里/秒，即使垂直于太陽系圓盤面飛行，也必須達(dá)到這個(gè)速度才行。因此，沿著垂直于太陽系圓盤面方向飛出太陽系并不容易。
而且還比沿著太陽系圓盤面飛行更加困難。

地球在以每秒鐘大約30公里的速度圍繞太陽公轉(zhuǎn)，這是地球與生俱來的“初速度”。當(dāng)宇宙飛船沿著黃道面飛行時(shí)，這個(gè)30公里/秒的初速度就可以疊加到宇宙飛船的推進(jìn)速度上。可是當(dāng)宇宙飛船以垂直于黃道面飛行時(shí)，不僅不能疊加地球公轉(zhuǎn)速度，而且還要先抵消掉地球的公轉(zhuǎn)速度，然后再加速到42.1公里的逃逸速度。很顯然這樣做的代價(jià)太大了。

引力彈弓效應(yīng)

除了可以疊加初始速度這一優(yōu)勢，宇宙飛船貼著太陽系圓盤面飛行還可以“搭順風(fēng)車”。宇宙飛船在離開地球后可以利用行星的引力彈弓效應(yīng)進(jìn)行加速。當(dāng)宇宙飛船從行星附近飛過時(shí)，行星公轉(zhuǎn)時(shí)的部分動(dòng)能會(huì)轉(zhuǎn)給宇宙飛船。它好像被行星的引力使勁推了一把，獲得了額外的速度。例如，旅行者一號(hào)探測器就先后借助了木星和土星的引力彈弓，把速度提升到了足以讓它飛出太陽系的第三宇宙速度。
沿著太陽系圓盤面飛行，宇宙飛船不僅可以有免費(fèi)“順風(fēng)車”搭乘，而且還能在旅途中考察路過的行星和小行星等天體，可謂是一舉兩得。

反過來再看看垂直于太陽系圓盤面飛行呢？宇宙飛船在這里不會(huì)遇到大質(zhì)量天體，因而也就不會(huì)遇到搭乘“順風(fēng)車”的好事了。沒有了行星引力彈弓效應(yīng)的加速，宇宙飛船只能完全依靠自身的燃料加速。在目前的技術(shù)水平下，要垂直飛行達(dá)到逃逸速度幾乎是不可能實(shí)現(xiàn)的。
看到這里也許很多朋友不以為然：你說的是現(xiàn)在。人類科技在飛速發(fā)展，也許在未來垂直飛出太陽系根本不是什么難事兒。

目前科學(xué)家正在研究的熱核推進(jìn)，離子推進(jìn)等新技術(shù)能夠提供比化學(xué)燃料火箭更高的推進(jìn)效率。或許在未來航天器可以不依賴引力彈弓，憑借自身動(dòng)力就能具備垂直飛出太陽系的能力。
但即使技術(shù)再成熟，垂直飛行也不會(huì)比沿著太陽系圓盤面飛行更容易吧！你覺得是這樣嗎？一起聊一聊吧！