关于新地平线号

从2006年1月18日发射至今，“新地平线”号已经飞行了4年，作为有史以来最快的人造飞行器，它还需5年才能到达目的地冥王星。
于是我有疑问了：新地平线号在整个飞行过程中是完全依靠火箭赋予的初始动力实施惯性飞行的么？外太空尽管空气稀薄，但仍有微小阻力，新地平线号是否需要启动自身的动力系统克服阻力呢？如果它的飞行轨道受到木星、土星、天海王星引力的干扰，它是否需要自身动力来克服大质量天体的引力？如果需要，那么它的动力来源是液态氮呢还是别的更先进的制式？
再有，天王星轨道的不规则据说是由未知的行星X造成的，但至今未发现，尽管在搜索行星X中碰巧找到了冥王星，却被证明只是柯依柏带中的一颗小东西。那么，参照火星之外隔着小行星带有巨行星木星的经验，是否可以推测在柯依柏带以外的遥远黑暗空间里，也有一颗超巨大的行星呢，或许它就是行星X？

还有个问题，我看书里说水星的公转速度是每小时17万公里，这个速度是堪称人类最快速探测器——新地平线号的3倍还多，如此看来，没有人造的飞行器可以追上水星，那探测水星采取的是什么办法？
再有，为什么多数卫星都 ...
yugan 发表于 2010-2-9 09:08

                               
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因为我们的探测器并不是从正后方去追赶水星,所以根本不需要17万公里的时速飞行.只要迎着水星飞去就可以了.下面就是信使号探测器的飞行轨迹介绍.


水星距地球约9100万公里，“信使”号直接飞到水星只要3个月左右，而为进入水星轨道，“信使”号要先在太阳系内飞行6年多的时间，其中主要原因在于，为了尽量压缩太空探测项目的开支，美国宇航局不能把探测器研制得过大、过重。“信使”号如果要直接进入环水星轨道，需要携带更多燃料，这就意味着需要更大载荷的运载火箭和更高的科研成本。


　　受发射运载重量的限制，“信使”号没能携带足够的燃料上天。因而“信使”号需在太阳系内部先进行数年长途环绕漫游，使自身减速。它将在飞经地球一次、飞经金星两次、环绕太阳15圈获得足够引力支持后，在第三次飞过水星时，由于引力作用，“信使”号会先被猛烈甩向金星，然后借助“引力跳板”，于地球时间2011年3月再次被弹向水星，顺势“滑进”水星轨道，开始为期一年的环水星飞行；其间，“信使”号探测飞船上的7种科研仪器将对水星的表面、空间环境、地质化学及空间距离等进行全面探测，收集相关数据。

行星环的问题，楼主最好另外发帖问，问之前最好先搜索一下论坛，看看是否已经有答案了。
另外，明天论坛维护，明天估计要到晚上我才会来看论坛（自己也有事情，这2天相当忙）。

http://zh.wikipedia.org/zh-cn/%E ... B%E5%8A%A0%E9%80%9F

http://zh.wikipedia.org/zh-cn/%E ... B%E5%8A%A0%E9%80%9F
http://en.wikipedia.org/wiki/Gravity_assist
positron 曾经这么回答过

有点像是 你的脚已经被吸入黑洞 但是身体却在外面(这种可悲情况不会发生,因为杯具早就上演了)
这时候就被嘶成碎片了 大质量行星的引力也很强 所以接近他的东西也都很悲剧

同步自转 只是在引力平衡在某一点的情况发生的. 也就是说他不是普遍现象

感谢GOHO学长不厌其烦的点拨，我似乎明白一些了。前面我已经说了，我是文科出身不懂物理哦，所以只能靠多问多听来增进知识了。关于洛希极限我多少知道些，貌似是在距离大天体半径某个倍数的距离上，松散天体就会被拉碎的效应，土星环的形成好象就与这个极限有关系？
说到这里，又有不懂的了，为什么太阳系的4个气体巨行星都有环系，类地行星都没有呢，莫非是因为类地行星质量小，洛希极限的范围有限，拉不碎多少彗星？

我们再来说彗星为何解体了？
与木星强大的引力场相比，彗星本身的内部引力实在太小。当其离木星太近时，木星作用在一个大彗星（比如20km长）上前后两处的引力大小，会与彗星物质本身的内部引力相当。此时的起潮力将强大到把彗星撕裂为小碎块（小碎块团聚在一起主要是电磁力的一种表现形式——分子间力、离子键等，而不是引力），这个过程伴随着彗星动能的损耗——动能转化为热能了，所以如果彗星经过木星的距离太近、相对速度又不够快，就会被木星吞下。不过，最近也有一个观测例子，被木星俘获了12年的一颗彗星（小行星）又自由了。

相比于松散的彗星，人造卫星太小了，所以起潮力的作用可以忽略。这也是人造卫星可以相当靠近木星并借力远离，但并不会像彗星那样最终撞上木星。但如果面对的不是木星而是黑洞，这个距离下起潮力就不能忽略了。

更多知识，请自己去搜索“洛希极限”。

21# poweru235  

我的意思是，为什么金木水火土地球天海王星不以同步自转的方式围绕太阳运行？
yugan 发表于 2010-2-9 09:33

                               
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楼主提了好多个问题，不知道楼主物理学到何种程度了。许多内容，需要有物理知识，才容易想通。

彗星解体、卫星的同步自转等，都牵涉到潮汐力（起潮力）问题。我想楼主应该明白重力助推（引力跳板）的道理了吧，也该知道我为何说木星轨道会向内移动极小的位置了吧。nngs给出了比较详细的解释，后来又有同好在你的另一个帖子中给出了相关链接的。
好，我们现在来看起潮力问题。你看到过潮汐吧，它的本质是一个有大小的天体，在一个有变化的引力场中，各部分受到的引力是不相同的（所谓引力梯度）。简单的说，你这些问题中，就是引力与距离的平方成反比，所以只要小天体足够大，离大天体也足够近，它的各部分受到的引力就不同。你观察地球上潮汐的方向就知道，它总体上与地球的自转方向相反，所以将导致地球自转角速度逐步变慢，直到与月球的公转角速度相同为止。而月球在早期，就由于地球的强大潮汐力而变成同步自转了，这称为潮汐锁定。大行星的主要卫星，像木星、土星的那些大卫星，全部被潮汐锁定，小卫星由于不一定是长期运行在这些大行星附近的，所以很难说。电影《阿凡达》中，天空中的那个气态巨星就一直固定在某些位置，因为潘多拉卫星被锁定了。

那么，大行星为何没被太阳潮汐锁定呢？注意，这里的条件是距离足够近、大天体质量足够大。理论上，太阳起潮力在海王星也会起作用，但是你自己想一下就知道，这个力实在太小，与海王星巨大的自转惯性比起来，根本微不足道。事实上，除了水星外，太阳起潮力对7大行星的自转影响完全可以忽略，它发挥作用需要的时间太长，不但超过了太阳系的年龄，而且也不比彗星、小行星撞击导致的自转改变更起作用。

没有物理基础理解这些可有些困难啊。

彗星被木星俘获情形比较复杂，不是简单地俘获，而是转了一圈多一点就撞上了（因为其轨道特殊，加上木星卫星的帮忙）。而人类飞船当然会避免那样的轨道的。

水星速度不算快。 地球发射的飞船往太阳系里面飞，太阳引力会加速飞船，到时候飞船担心的不是追不上水星，而是要费神减速进入环绕水星轨道呢！（可能会借助水星/金星来引力减速，和新地平线号借助木星加速类似的原理）

21# poweru235

我的意思是，为什么金木水火土地球天海王星不以同步自转的方式围绕太阳运行？

现在探测水星的探测器不是围着水星转的,是要跑一个大轨道 隔一段时间飞临水星一次

还有借助引力那个...貌似 引力有点像是一个条绳子 科学家计算很精密的轨道 让探测器正巧能利用引力和他当秋千 同时又能顺利飞离...(对于引力跳板我也不是很明了) 现在最科幻的是离子发动机和光压发动机(依靠光的压力飞行)离子发动机已经被应用了,新地平线貌似就是离子的. 光压那个貌似是发射失败了(一个组织靠俄罗斯导弹发射的...)

同步自转 看名字是至少两个天体的运动吧? 咱们周围只有已经被扁了的冥王星是这样的矮行星...他和他的卫星就像是调华尔兹 始终面对对方 (楼主跳过舞吗?我反正是没跳过,不过我知道有种舞蹈是两人相对,拉着两只手 完后转圈那种..)
地球的卫星 既是同步自转 所以咱们只能看到59%的环形山...

还有个问题，我看书里说水星的公转速度是每小时17万公里，这个速度是堪称人类最快速探测器——新地平线号的3倍还多，如此看来，没有人造的飞行器可以追上水星，那探测水星采取的是什么办法？
再有，为什么多数卫星都有同步自转现象而行星没有？

还有个问题，我看书里说水星的公转速度是每小时17万公里，这个速度是堪称人类最快速探测器——新地平线号的3倍还多，如此看来，没有人造的飞行器可以追上水星，那探测水星采取的是什么办法？
再有，为什么多数卫星都有同步自转现象而行星没有？

16# nngs

版主是专家呀。可是说实话，没看懂。。。。。。“从木星身边过的时候，拽了木星一下”该怎么理解？这句话似乎跟9楼说的道理有些相似，但究竟是什么原理我不懂。鄙人是学文科的，从上大学后就再没跟物理学发生过关系，底子很薄但求知欲很强，盼能详细解释。
另外，“苏梅克—列维9号”彗星不是先被木星引力俘虏再减速最后撞死在木星上了么，为什么人类发射的探测器不会有这样的危险呢？

这个问题~~呃~~~不知道要怎么解释清楚。
一般的行星探测器都不是直线飞行的，都需要借助其他大行星的引力来加速飞行。有时需要借助木星的引力，来回经过木星三四次都有的。自己可以先看看这方面的知识。不要动不动就说什么不可能之类的话。

14# nngs  

那它需要动力来克服木星的引力么？如果这引力要把它拉向木星身边去的话？
yugan 发表于 2010-2-7 01:35

                               
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不需要。

可以这么简单地看这个飞船fly by木星的问题，在木星的坐标系内，这个飞船是个非闭合的双曲线轨道（因为飞船本来就不属于木星系统，在无穷远处就已经有自己的动能了），只要不直接撞在木星的表面上，多大速度进来，多大速度出去，接近的时候，木星的引力势能变多少飞船的动能，在远离的时候飞船都还了回去，木星根本没能力留住飞船。比较飞船相对于木星的速度（在木星坐标系内），到来前很远处与离开后很远处，仅仅方向变了而已，速率却没有任何变化（此乃保守势场内机械能守恒的道理也）。

而在太阳中心坐标系内（就要把木星的轨道速度合成进来）看这个过程，飞船到木星前很远处与离开木星后很远处的速度比，飞船居然加速了，其实质是飞船从木星的轨道动能里“揩了些油”（从木星身边过的时候，拽了木星一下）

14# nngs

那它需要动力来克服木星的引力么？如果这引力要把它拉向木星身边去的话？

...外太空尽管空气稀薄，但仍有微小阻力，新地平线号是否需要启动自身的动力系统克服阻力呢？ ...
yugan 发表于 2010-2-5 10:52

                               
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第一次听到说行星际空间是“空气稀薄”，行星际空间的星际介质密度大概也就1氢原子/立方厘米，可以算以下新地平线号在它的整个旅途上能撞多少个氢原子：假设新地平线横截面是10平方米，整个旅程走了40天文单位。可以算出它一共撞了6x10^19个氢原子，质量还不到一立方厘米的空气大，你说有必要考虑这个效应吗？新地平线号根本感受不到什么行星际介质阻力的, 绝大部分的旅途惯性飞行足够了。只有当靠近目标冥王星时，可能需要一些精细的轨道调整.