既然太阳系是一个平面,如果航天器垂直飞,不就突破太阳系了?

当地时间，1977年9月5日，美国的旅行者1号探测器发射升空，展开了自己的星际之旅。

在飞行的过程中，它经历了木星和土星的两次加速，获得了更高的飞行速度，直到今天依然保持着人类最快探测器的纪录，以每秒17公里的速度向宇宙深处飞去。截至2020年1月12日，在经历了42年多的飞行后，旅行者1号探测器已经飞出了152.2个天文单位，约合228亿公里。

根据一部分人的说法，旅行者1号探测器已经飞出了太阳系。但实际上，它突破的仅仅是太阳系的日球层。

我们知道，太阳在进行核聚变的同时，会向宇宙中释放出大量的电磁辐射和高能等离子体。与此同时，宇宙中也充斥着其他天体所产生的辐射。在靠近太阳的区域，太阳辐射更强，盖过了宇宙辐射的风头；而在远离太阳的地方，太阳的辐射就会变成强弩之末，非常微弱。

在距离太阳120个天文单位（180亿公里）处，两种辐射大致能达成平衡。这片区域以内就叫做太阳系的日球层，交界处就叫做日球层顶。当然了，由于人类对这片区域的了解还比较有限，因此日球层的形状和范围仍然无法最终确认。而旅行者1号所突破的，仅仅是日球层。

可是，突破了日球层就算离开太阳系了吗？

远远没有。

即使突破了日球层，旅行者1号还要受到太阳引力的束缚。尽管它的速度的确突破了第三宇宙速度，不出意外就会一直飞向宇宙深处，不会再回头了，但是在太阳的引力作用下，它还是会一边飞越一边减速的。

根据科学家们的分析，太阳系的引力半径可能达到了1-2光年。这意味着，即使考虑完全不减速的情况，再飞20000年的时间，旅行者1号恐怕都无法摆脱太阳系的引力。至于飞到比邻星（4.22光年）那么远的距离，70000年的时间都不够。

难道我们真的无法突破太阳系了吗？

有人提出了一种新的思路：太阳系不是扁的吗？如果朝南或者北飞行，不就可以了吗？

对不起，不行。

想要解释这个问题，首先我们要知道：为何太阳系是扁平的。

在50亿年前的时候，太阳系所在的位置还没有任何天体，只有一片非常广袤的星际气体及尘埃。就是它们，形成了今天的太阳系。

首先，在静电力的作用下，有少数微粒结合在了一起，打破了这里的引力平衡。接下来，越来越多的微粒逐渐向这里下落并结合，最终结合成了一个质量达到2000亿亿亿吨的天体——太阳。由于质量过于巨大，内部产生了恐怖的温度和压力，迫使氢原子相互结合，聚变为氦，于是太阳开始发光发热。

这个时候，那片原始星云中还剩下许多的微粒。它们也开始相互聚集，形成了一个个天体，也就是今天我们看到的行星、小行星、彗星等各种各样的天体。

不论是太阳的形成还是其他天体的形成，其物质下落的时候都不可能完全向质心下落，在这种情况下，就会出现角动量，最终导致的结果就是天体的自转，以及天体绕太阳的公转。

由于我们是处于三维的时空之中，因此这种旋转的对称轴自然是一条直线，而垂直于这条直线的就是一个平面了。当然，刚开始的时候，太阳系的确不是平面的，而是接近球状的。但是垂直于自转轴的平面内天体可以在引力作用下规范地运动，而不在这个平面的天体会彼此吸引甚至碰撞。由于最初太阳系是均匀的，所以它们碰头的地方就是集中在刚才那个旋转平面上，导致太阳系基本是平的，包括我们的银河系也是如此。

当然了，实际情况肯定不会是那么完美的，太阳系内的各个天体，也并没有完全处在同一个平面内。一般来说，我们会把地球的公转作为基准，将地球公转过程中太阳方向扫过的平面定义为黄道面，而其他天体绕太阳公转的时候与黄道面形成的夹角就被称为轨道倾角。

在太阳系内，除了地球因为人类的定义拥有0°的轨道倾角，其他天体的轨道倾角都不是0。八大行星中天王星轨道倾角最小，只有0.77°，最大的是水星，达到了7.01°。

你可能以为这种轨道倾角与距离有关，其实不然。再看看冥王星，轨道倾角达到了17.15°！也就是说，如果按照当初“九大行星”的说法，轨道倾角最大的两个天体一个距离太阳最远，一个距离太阳最近。实际上，除了冥王星之外，柯伊伯带的很多天体都有着非常高的轨道倾角，这也令科学家们非常困惑。

好了，回到最初的问题：就算有轨道倾角，但太阳系天体基本都处于同一个平面内。如果我们想要逃离太阳系，垂直飞行不是更便捷吗？

（图片说明：太阳系主要天体轨道倾角示意图）

其实，这个问题在刚才就已经解答了。我们说过，人类探测器要真正逃离太阳系，那就要彻底摆脱太阳的束缚，也就是引力的影响。虽然太阳系的天体是处在同一个平面内，但太阳的引力在各个方向上都是一样的。因此，即使是垂直于黄道面飞行，也需要相同的路程才能够飞出太阳系。

这是解释了垂直飞行没有优势，接下来我们说说这种模式有什么劣势。

首先，就像我们说的，旅行者1号在飞行过程中，分别利用木星和土星进行了两次引力弹弓效应，实现了加速。如果探测器垂直于太阳系天体的平面飞行的话，将会错过天体和利用天体加速的机会。

其次，不论是旅行者1号、2号还是新地平线号探测器，其飞行的目的是什么？仅仅是为了试试能不能飞出太阳系吗？当然不是，谁会为了这种仅仅满足好奇心就耗资数亿美元呢？说到底，它们是为了进行太空探测。如果它们垂直飞行，路上没有任何天体，那又是去探测什么呢？

所以说，垂直于天体平面进行飞行，非但完全不可能解决突破太阳系的问题，反而是竹篮打水一场空，科学家才不会做这么无意义的事情。

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