我的一個(gè)對(duì)太空和科學(xué)不太感興趣的朋友曾經(jīng)問(wèn)我，月球是不是在我們的上方，因?yàn)槲覀兛偸切枰ь^才能看到它。其實(shí)還有一個(gè)事實(shí)也證明了這一方法，那就是所有的衛(wèi)星和航天器都是垂直向上發(fā)射的，因?yàn)樗鼈儽仨毜竭_(dá)月球或其他位于我們上方的天體。

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我對(duì)他的假設(shè)（即月球和其他天體位于我們上方）印象深刻，雖然這聽(tīng)上去挺合理，但是我還是告訴他事實(shí)并非如此。太陽(yáng)系中的所有天體均在同一個(gè)平面上，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，這意味著我們的太陽(yáng)系幾乎是扁平的（更確切地說(shuō)，是位于黃道面）。

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這就讓我想到了，為什么我們不把太空探測(cè)器發(fā)射到太陽(yáng)系之外呢？讓這些探測(cè)器飛到離地球一定的高度，這樣它們就能從更高的有利位置拍攝到更好的圖像，這不是更有意義嗎？

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地球的軌道速度非常大！

首先，我們需要知道地球在黃道（即太陽(yáng)系平面）上以大約每秒30公里的速度運(yùn)動(dòng)。這就意味著任何離開(kāi)地球的物體都是以自身速度+地球軌道速度運(yùn)動(dòng)的。例如，當(dāng)你把一個(gè)球從行駛中的火車(chē)上扔出時(shí)，球的運(yùn)動(dòng)速度是火車(chē)的速度加上球的初速度。為了將一個(gè)太空探測(cè)器垂直向上發(fā)射到太陽(yáng)系平面之外，首先需要燃燒大量的燃料，以抵消其沿地球軌道的運(yùn)動(dòng)。之后，才能在垂直方向推動(dòng)探測(cè)器，使它垂直向上飛出黃道面。

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將一個(gè)探測(cè)器直接發(fā)射到太陽(yáng)系外需要巨大的推進(jìn)力

（注意圖中的天體并非按比例繪制）

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過(guò)多的燃料

要想直接飛出太陽(yáng)系，探測(cè)器需要燃燒大量的燃料。因此，探測(cè)器將不得不承受更多的載荷，從而增加了衛(wèi)星的質(zhì)量。從運(yùn)輸?shù)慕嵌葋?lái)看，這會(huì)是相關(guān)空間機(jī)構(gòu)要完成的一項(xiàng)艱巨且昂貴的任務(wù)。

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沒(méi)有什么可以探索的了

你可能已經(jīng)知道太陽(yáng)系基本是在一個(gè)平面上了，而大多數(shù)有趣的東西，或者至少是我們想要探索的東西，都在這個(gè)平面上。因此，沿太陽(yáng)系平面水平發(fā)射探測(cè)器自然更有意義。

如果我們真的建造并垂直發(fā)射一個(gè)探測(cè)器至太陽(yáng)系外，那么它很有可能發(fā)現(xiàn)不了任何有趣的東西。并且，如果它繼續(xù)前行，可能最終會(huì)撞上奧爾特云。

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話雖如此，然而我們并不確切地知道奧爾特云的起點(diǎn)和終點(diǎn)。想想看，以目前的速度（即每天100萬(wàn)英里），旅行者1號(hào)宇宙飛船可能在大約300年內(nèi)都無(wú)法到達(dá)奧爾特云（參考4）。

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藝術(shù)家為美國(guó)宇航局旅行者1號(hào)宇宙飛船繪制的插圖，這是距離地球最遠(yuǎn)的人造物體

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但是，我們并非從未向太陽(yáng)系外發(fā)射過(guò)探測(cè)器。

讓我們來(lái)看看尤利西斯！

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尤利西斯——一個(gè)有趣的例外

早在1990年，美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）和歐洲航天局（ESA）就發(fā)射了一個(gè)名為“尤利西斯”（Ulysses）的自動(dòng)太空探測(cè)器，它的主要任務(wù)是繞太陽(yáng)運(yùn)行并在各個(gè)緯度對(duì)太陽(yáng)進(jìn)行研究。

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尤利西斯——藝術(shù)家的想象圖（圖片來(lái)源：美國(guó)航天航空局/維基共享資源）

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為了做到這一點(diǎn)，尤利西斯不得不改變軌道傾角，離開(kāi)太陽(yáng)系的平面。它首先以通常的平面方式飛向木星，隨后利用重力輔助旋轉(zhuǎn)至垂直于太陽(yáng)系的軌道平面。

不僅僅是尤利西斯，為了偏離了黃道面，旅行者1號(hào)和2號(hào)的逃脫軌跡分別傾斜了35度和80度。這意味著這些太空探測(cè)器是沿著一個(gè)相對(duì)于太陽(yáng)系平面的斜面移動(dòng)的。

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作者: scienceabc

FY: 忙碌的北門(mén)

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