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为什么旅行者号飞了43年还有动力?为什么也不会撞上小行星?

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43年过去了,美国宇航局(NASA)的旅行者1号和旅行者2号还在太空中飞行,前者离地球222亿公里,相对于太阳的速度为17公里/秒;后者离地球185亿公里,相对于太阳的速度为15.3公里/秒。

这么多年过去了,为什么两艘旅行者号太空飞船还能继续飞行呢?它们的动力来自于哪里?它们不会撞上太空中的小行星吗?

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事实上,旅行者号飞船早已消耗完燃料,它们现在是无动力在太空中飞行。而且太阳的引力已经无法把它们吸引回来,这两艘飞船的轨道是开放的双曲线,它们将会依靠惯性飞向遥远的星际空间。那么,为什么无动力的旅行者1号和2号还能飞出太阳系呢?

关于这个问题,就要涉及到第三宇宙速度。通过计算可知,从地球出发的太空飞船,只要初速度加速到16.7公里/秒(相对于地球),也就是第三宇宙速度,它们就能依靠惯性飞出太阳系。

在太阳系的不同位置,受到的太阳引力不同,所以对应的太阳系逃逸速度也是不一样的。越靠近太阳,受到的太阳引力作用越强,对应的太阳系逃逸速度越高,反之亦然。

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旅行者1号和2号在离开地球时,火箭并没有能力把它们加速到第三宇宙速度,而只是让它们达到第二宇宙速度,使它们可以摆脱地球引力束缚,飞向地球轨道外侧的太阳系。旅行者号飞船最终能够飞出太阳系,还要得益于四大巨行星的引力加速。

旅行者号遇上了一百多年一遇的天象。木星、土星、天王星、海王星,这四大巨行星的排列方式很特别,它们运动到了太阳的同一侧,旅行者号在理论上可以一次性飞越四颗行星。

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由于旅行者1号的探测任务在中途发生变化,因为拥有浓厚大气层的土卫六引起了天文学家的强烈关注,所以旅行者1号只相继造访了木星和土星。旅行者2号则相继造访了四大巨行星,这是人类至今唯一一次近距离探测天王星和海王星。

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在几大巨行星的强大引力加速作用下,旅行者1号和2号都超过了它们各自所在位置的太阳系逃逸速度。因此,尽管它们已经耗尽用于加速的燃料,但仍然可以离开太阳系。

为什么旅行者号飞了几十年都没有撞上太空中的小行星?

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​在太阳系中,火星与土星之间存在小行星带,其中直径大于1公里的小行星数量至少有110万颗,而尺寸更小的小行星数量更多。尽管如此,旅行者号穿越小行星带时,也没有与其中的小行星发生碰撞,这是因为太空极其空旷。再加上小行星和旅行者号都很小,引力很弱,所以旅行者号与小行星相撞的可能性极低。

只要避免正面撞上几大行星,旅行者号就能安全地在太空中飞行。未来,当旅行者号进入更为浩渺的星际空间之后,它们更大可能不会撞上太空中的天体,这两艘无人太空飞船将会像太阳一样环绕银河系中心运动。

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