人類發(fā)射航天器為啥不向上下飛，而是橫著黃道面飛？

常有人問這個問題。他們認為太陽系是扁平的，如果向黃道面上下飛，就能夠更快地飛出太陽系。但人類發(fā)射航天器為啥就這么固執(zhí)，一定要順著黃道面發(fā)呢？

其實太陽系雖有黃道面，也就是所有行星等天體都分散在一個相對太陽赤道的盤面上，但并沒有上下之分，只有垂直黃道面和平行黃道面之分。

事實上，垂直黃道面發(fā)射航天器不會更快飛出太陽系。太陽系一般指太陽以及圍繞著太陽運行的八大行星以及各種大中小天體。飛出太陽系，一般是指飛出太陽的引力影響范圍，這個范圍大概半徑有1光年。也就是說要飛出太陽系，就要飛離太陽1光年的范圍。

從哪個方向飛會更快呢？言下之意就是在各種條件相同的情況下，哪個方向的引力更小。要弄清楚這個問題，首先要搞清楚引力是如何作用的，這就是牛頓的引力定律，表述為：F=GMm/r^2。

這個公式中，F(xiàn)代表引力大小，G為引力常量，M和m表示引力相互作用的兩個大小物體質量，r是它們質點之間的距離。這里G約等于6.67*10^-11N·m^2/kg^2，表示兩個1kg球體質點相距1米的引力值。

從這個公式我們可以看出，引力是與作用雙方質量大小乘積成正比的，是以距離平方成反比的。也就是說引力作用雙方質量越大，引力就越大，距離越近引力越大；反之，引力就越小。

這就說明了引力沒有什么上下左右之分。我們太陽系太陽是當然的老大，其質量占據(jù)了整個太陽系的99.86%，所以太陽系里，太陽才是引力王者。而引力沒有上下左右之分，是圍繞著太陽形成的，不管在太陽那個方向，引力都是一樣的。

太陽的引力影響半徑大約有1光年，因此不管是順著黃道面（盤面）飛，還是垂直黃道面飛，飛出太陽系都有1光年的旅途。

太陽系除了太陽，還有八大行星和許多矮行星和衛(wèi)星，還有無數(shù)的小行星，但這些天體加起來才占太陽系的0.14%，因此引力很微弱，相比太陽幾乎可以忽略不計。但引力有一個規(guī)律，就是越遠衰減的越厲害，是一個非線性的數(shù)量級衰減關系，因此當距離太陽較遠時，而距離某個行星較近時，這個行星的引力就會占據(jù)主導地位。

這樣，引力雖然沒有上下左右之分，由于太陽系各天體都分散在黃道面上，就像此問題說的是一個扁平的盤狀系統(tǒng)，在這個盤狀面上，由于發(fā)射人造天體受到一路行星影響，引力的狀態(tài)相對垂直黃道面會復雜一些。

但這種復雜給人類利用引力效應提供了方便。人類發(fā)射航天器的能力現(xiàn)在還處于較低級階段，發(fā)射速度還不夠快，用于發(fā)射所耗費的燃料巨大，且大部分消耗在克服地球引力、空氣阻力以及火箭自身重量上，火箭自重又絕大部分消耗在火箭所攜帶的發(fā)射燃料自重上，一艘數(shù)百噸甚至上千噸起飛重量的火箭，最終的有效載荷，也就是發(fā)射到軌道上的航天器只有幾噸或十幾噸。

如迄今最大的運載火箭土星五號，起飛重量達到3038.5噸，但最終運送到月球軌道的載荷也只有45噸。因此，一旦發(fā)射成功，航天器自身能夠保留的燃料就很少了，只能主要用于調(diào)整姿態(tài)，不可能有太多用于提速。幸好人類發(fā)現(xiàn)了可以利用天體引力提升飛船速度。

只有平行黃道面飛，才能更快飛出太陽系。引力有一個奇妙的效應，巨大的天體既可以給航天器減速，也可以給航天器加速，這種效應就叫引力彈弓效應。現(xiàn)在發(fā)射的許多深空探測器，都是在經(jīng)過行星時利用其引力彈弓效應得到加速，使這些航天器能夠更節(jié)省燃料更快到達目的地。

因此只有平行黃道面飛，路途經(jīng)過太陽系各大行星，才有可能利用引力彈弓效應。

如旅行者1號在經(jīng)過木星和土星時，既探測了這兩顆星球，為人類揭開了這些星球的神秘面紗，又通過它們的引力甩力獲得了加速度，從而達到了飛出太陽系引力的速度：每秒約17千米?，F(xiàn)在旅行者1號已經(jīng)距離我們223億多千米了，成為飛行最遠的人造使者，帶著地球和人類信息，正在向太陽系外飛去。

因此從這個意義上來說，人類發(fā)射的航天器走太陽系黃道面盤面，不是比垂直黃道面更慢，而是能夠更快的飛出太陽系。

另外，還有兩個原因，迫使人類發(fā)射航天器必須走黃道面。一是地球圍繞著太陽公轉是在黃道面上，以每秒29.8千米的線速度前行，只有順著這個方向發(fā)射，才能夠省更多的燃料，得到更大的速度。

二是人類目前發(fā)射深空探測器主要目的，是探測太陽系天體，而太陽系天體都是集中在黃道面附近，探測器只有順著這個路線，才能夠一路探測各種各樣的天體。如果垂直黃道面，上面幾乎空空如也，去干什么呢？

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