飛了228億公里的旅行者一號,究竟是如何躲避小行星的?

薛定諤的貓 2021/08/05 檢舉 我要評論
 

哇!真的第一次見哎,知識不會,衹是姿勢不對;科學凡此種種,用人話講才能聽懂

文/天空之城團隊

 

星辰大海是人類的夢想,但從目前的情況來看,人類就只去過距離地球最近的一顆星球——月球,這的確有點小尷尬。好在人類還可以向宇宙深空發射無人探測器,它們可以代替人類飛到更遠的區域,去探索宇宙中的奧秘。

時至今日,人類發射的探測器早已拜訪了太陽系中所有的行星,甚至在太陽的附近,也有它們的身影出現。

在眾多的探測器之中,知名度最高的應該就是旅行者一號了,該探測器於1977年發射升空,迄今為止,旅行者一號已在太空中飛了44年,與地球的距離大約為228億公里,這也使得它成為了距離地球最遠的人造物體,沒有之一。

然而據我們所知,太陽系中除了八大行星等主要天體之外,還存在大量的小行星,那麼問題就來了,旅行者一號在如此漫長的「旅途」中,為什麼一直沒有撞上小行星?

飛了228億公里的旅行者一號,究竟是如何躲避小行星的呢?

可能有人會認為,旅行者一號應該是裝了高科技的「探路裝置」,能夠提前預判自己是否會撞上某顆小行星,然後再以自身的動力進行適當的機動,從而達到躲避小行星的目的。

不得不說,這是一個非常合理的推測,但事實卻並非如此,那實際情況是怎麼樣的呢?答案就是:科學家在設計旅行者一號的時候,根本就沒有考慮過應該如何去躲避小行星,換句話來講就是,旅行者一號在「旅途」中會不會撞上小行星,全看它自己的運氣……

需要指出的是,科學家這樣做是有足夠的理由的,原因很簡單,那就是小行星在太陽系中分佈得極為稀疏,探測器撞上小行星的機率完全可以忽略不計。

上圖為旅行者一號和二號的飛行路徑,可以看到,旅行者一號在發射之後就一直在黃道面(地球公轉軌道平面)內飛行,直到抵達土星之後,才利用土星的「引力彈弓」飛離了黃道面。

在這期間,旅行者一號飛越了一個太陽系中小行星相對密集的區域——「小行星帶」,太陽系內側的絕大部分小行星都集中在這裡,這也就意味著,在旅行者一號飛越「小行星帶」的時候,其撞上小行星的機率是最大的。

通常來講,我們對「小行星帶」的印象大概是上圖這樣的,然而這卻與實際情況嚴重不符,何出此言呢?我們讓資料來說話。

「小行星帶」位於木星和火星的公轉軌道之間,在黃道面所占的平面區域為距離太陽大約2.17至3.64天文單位,整體上是一個環形。我們知道,1個天文單位大約為1.5億公里,根據環形面積公式「S = π(R^2 - r^2)」可以計算出,「小行星帶」在黃道面所占的面積大約有60.34 x 10^16平方公里。

觀測資料表明,「小行星帶」中已知的小行星數量約為50萬顆,考慮到還可能存在沒有觀測到的小行星,我們不妨將這個數量再乘個2,也就是100萬顆。

這樣算下來,就算「小行星帶」中的小行星全部都運行于黃道面上,也是平均每6034億平方公里才有一顆小行星,其平均距離大約為77.7萬公里,這大約是地球和月球之間的平均距離的兩倍。

什麼概念呢?這麼說吧,在地球和月球之間的距離,完全可以容納下太陽系中包括木星在內的所有行星,而這個距離卻是地月距離的兩倍。

由此我們完全可以想象出,當旅行者一號在分佈得如此稀疏的小行星之間穿行的時候,其撞上小行星的機率有多低,可以說是幾乎為零了。

(注:運行在「小行星帶」中的天體都很小,有些小行星的直徑甚至小於10米,因此它們與旅行者一號之間的引力效應可以忽略不計)

很明顯,既然在小行星相對密集的「小行星帶」,旅行者一號撞上小行星的機率都幾乎為零,那在其它的區域就更不用說了。

小結

綜上所述,歷時44年飛了228億公里的旅行者一號之所以一直沒有撞上小行星,其實就是簡單地因為小行星分佈得實在是太稀疏了,正因為如此,人們在發射其它的探測器的時候,也基本上不會去考慮如何躲避小行星。

 

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