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离开太阳系的人造物体列表

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离开太阳系的人造物体列表中都是NASA发射的太空探测器及其运载火箭的最上级。其中三个探测器，“航海家1号”，“航海家2号”和“新视野号”仍在运作中，并定期通过无线电通信联系，而“先锋10号”和“先锋11号”现在已经失效。除了这些太空探测器之外，一些上层级和溜溜球去自旋（英语：Yo-yo de-spin），假设它们继续沿着它们的轨道前进，也正在离开太阳系。

已经离开或即将离开太阳系的太空探测器。
遥远的太空探测器从发射到2030年的轨迹
上图：北极鸟瞰图;下图：赤道视图
“航海家2号”的日心速度与太阳距离的关系图。说明了利用木星、土星和天王星的重力助推来加速，最后与海王星的海卫一崔顿相遇。质量非常巨大的行星通过引力将太空探测器吸引到它们身边；这种力加速了太空探测器。如果太空探测器没有与行星发生碰撞，并且行进的速度超过行星的逃逸速度，则太空探测器将掠过行星，并从重力中获得加速；这称为重力助推（或“重力弹弓”）。

这些物体因为它们的速度和方向使它们远离太阳，并且在它们与太阳的距离上，太阳的引力不足以将这些物体拉回或进入轨道，因此他们正在“离开”太阳系。它们并非不受太阳引力的影响，虽然正在减速，但仍然以离超过开太阳系的逃逸速度远离，并滑行到星际空间。

探测行星的太空探测器 编辑

  • 先锋10号：1972年发射，1973年飞越木星 ，朝向位于金牛座的毕宿五（65光年外）方向飞去。2003年1月失去了联系，估计与地球的距离已经超过了134天文单位秒（AU；一个AU大约是地球和太阳之间的平均距离：1.5亿公里（9,300万英里））[1]。
  • 先锋11号：1973年发射，1974年飞越木星，1979年飞越土星。1995年11月失去联系，估计已距离地球111 AU[2]。这艘太空探测器正朝着位于人马座西北部的天鹰座的方向前进。除非发生意外，“先锋11号”将在大约400万年后从天鹰座的一颗恒星附近经过[3]。
  • 航海家2号：1977年8月发射，1979年飞越木星，1981年飞越土星，1986年飞越天王星，1989年飞越海王星。这艘太空探测器于2018年11月5日在119天文单位的距离离开日球层前往星际空间[4]。“航海家2号”仍然处于活动状态。它没有朝向任何特定的恒星，然而在大约40,000年后，它应该会距离恒星罗斯248（仙女座HH）1.7光年[5]。如果不受干扰，296,000年它应该会在4.3光年的距离处经过天狼星。
  • 航海家1号：1977年9月发射，1979年飞越木星，1980年飞越土星，特别接近土星的卫星泰坦。2012年8月25日，探测器在121天文单位通过日球层顶，进入星际空间[6]。 “航海家1号”仍然处于活动状态。它正朝着与距离地球17.6光年的恒星格利泽445（AC +79 3888）在大约40,000年后相遇的方向前进[7]。
  • 新视野号：2006年发射，于2007年飞越木星，2015年7月14日飞越冥王星。做为古柏带扩展任务（KEM）的一部分，它于2019年1月1日飞越古柏带天体(486958) 天空[8]。

尽管其它探测器是较早先发射的，但“航海家1号”的速度更高，超过了所有其它探测器。1977年12月19日，“航海家1号”在发射几个月后，就超过了“航海家2号”[9]。它在1981年超过了“先锋11号”[10]，然后在1998年2月17日超过“先锋10号”，成为距离太阳最远的探测器[11]。 “航海家2号”的移动速度比之前发射的所有其它探测器都快；它在20世纪80年代末超越了“先锋11号”，然后在2023年7月18日超越了“先锋10号”，成为距离太阳第二远的太空探测器[12][13]。

根据先锋号异常（英语：Pioneer anomaly）或“先锋号效应”对它的影响，“新视野号”也可能超越先锋号探测器，但需要很多年才能超越。预估它将在2143年超过“先锋11号”，在2314年超过“先锋10号”，但永远不会超过“航海家号”[10]。

速度和离太阳的距离 编辑

为了将距离放在表中的上下文中，冥王星的平均距离（半长轴）约为40 AU。

名称 发射 距离太阳（AU）
（截至2023年）[14][15] 		速度（km/s)[14][15]
航海家1号 1977 162.043 16.9
航海家2号 1977 135.198 15.2
先锋10号 1972 135.017 11.8
先锋11号 1973 112.879 11.1
新视野号 2006 57.707 13.7

注解：上述数据截至2023年12月17日的。来源：喷射推进实验室 [14]。NASA SSD模拟器[15]，和新视野号[16]。

太阳逃逸速度是离太阳中心距离（r）的函数，由

 

其中乘积“G”“Msun”是日心点引力参数。从太阳表面逃离太阳所需的初始速度是618 km/s（1,380,000 mph）[17]，在地球与太阳的距离（1AU）处，下降到42.1 km/s（94,000 mph），并在距离100AU处下降至4.21 km/s（9,400 mph）[18][19]。

  •  
    航海家1号和2号的速度和离太阳的距离
  •  
    先锋10号和11号的速度和离太阳的距离
  •  
    新视野号的速度和离太阳的距离。

为了离开太阳系，探测器需要达到局部逃逸速度。离开地球后，太阳的逃逸速度是42.1 km/s.。为了达到这个速度，还可以使用地球绕太阳的轨道速度29.78 km/s，这是非常有利的。稍后通过行星附近，探测器可以通过重力助推获得额外的速度。

推进节火箭 编辑

 
类似于发射“新视野号”探测器的Star-48火箭发动机。

每一个行星探测器都被一枚多节火箭放入其逃逸轨道，其最后一节的轨道与发射的探测器几乎相同。由于这些节不能被主动引导，它们的轨迹现在与它们发射的探测器不同（探测器由允许改变航向的小型推进器引导）。然而，在探测器因重力助推而获得逃逸速度的情况下，这些节可能没有相似的航向，而且它们与其它物体相撞的可能性极低。逃逸轨迹上的推进节包括：

  • “先锋10号第三节”：Star-37（英语：Star (rocket stage)）固体燃料火箭TE364-4的变体[20]。
  • “航海家1号第四节”：Star 37E固体燃料火箭[21]。
  • “航海家2号第四节”：Star 37E固体燃料[21]。
  • “新视野号第三节”：Star-48B（英语：Star (rocket stage)）固体燃料火箭，与“新视野号”在太阳系外的逃逸轨迹相似，甚至比“新视野号”提前六小时到达木星。2015年10月15日，它在距离冥王星2.13亿公里（超过1天文单位）的地方通过了冥王星的轨道[22][23]。这是在“新视野号”飞越冥王星后四个月[24]。

此外，在“新视野号”探测器从第三节火箭上释放之前，还使用了两个金属丝上的小重量来减少其旋转。一旦自转速度降低，这些质量和金属丝就被释放了，因此也在逃离太阳系的轨道上[25][26]。

上述物体都不可追迹，因为它们没有电源或无线电天线，无法控制地旋转，而且太小而无法被探测到。除了预测的太阳系逃逸轨迹之外，它们的确切位置是未知的。

“先锋11号”的第三节被认为在太阳轨道上，因为它与木星的相遇不会导致逃离太阳系[21][需要较佳来源]。 “先锋11号”在随后与土星的相遇中获得了逃离太阳系所需的速度[可疑]。

2006年1月19日，前往冥王星的“新视野号”探测器在发射时，半人马座火箭上层和Star-48B（英语：Star (rocket stage)）的第三节就直接达到太阳逃逸轨道的速度16.26千米每秒（58,536千米每小时；36,373英里每小时）[27] New Horizons passed the Moon's orbit in just nine hours.[28][29]。随后与木星的相遇只增加了它的速度，使探测器比没有这次相遇的探测器提前三年到达冥王星。

因此，迄今为止，唯一“直接”发射到太阳逃逸轨道的物体是“新视野号”太空探测器、它的第三级和两个自转质量（Yo-yo de-spin）。“新视野号”的半人马座第二节没有逃脱；它位于2.83年的日心（太阳）轨道上[22]。

“先锋10号”和“先锋11号”，以及“航海家1号”和“航海家2号”的第2节半人马座火箭也在日心轨道上[26][30]。

未来 编辑

考虑到星际空间的巨大空虚，这里列出的所有物体，除非它们与另一个物体碰撞（或被另一个天体收集，但可能性极低），都有可能在时间轴上继续进入深空，否则它们甚至可能比太阳生命的主序阶段还要长数十亿年[31]。先锋号或航海家号探测器与恒星（或恒星残骸）碰撞可能性的一个估计时间尺度是1020年（100万亿年）[32][33]。然而，它们不太可能获得足够的速度逃离银河系[32]（或其未来与仙女座星系的合并）进入星系际空间。

“尤利西斯号” 编辑

主条目：尤利西斯号

1990年，太阳探测器“尤利西斯号”向木星发射，以到达太阳两极上空的高倾角日心轨道；该探测器于2008年关闭。“尤利西斯号”目前处于绕太阳79°的高倾斜轨道上，其远日点与木星轨道相交。2098年11月，它将与木星再次近距离飞行，穿越欧罗巴和盖尼米德的轨道。在这次重力助推之后，它可能会进入围绕太阳的双曲轨道（英语：Hyperbolic trajectory），最终将离开太阳系[34]。

“尤利西斯号”现已关闭，且因为其RTG电源已经耗尽，因此无法联系。自2009年以来，无法以任何管道跟踪或引导。因此，它的确切轨迹是未知的，因为太阳辐射压等因素可能会显著改变它的遭遇路径。

图集 编辑

  •  
    “航海家1号”/“旅行者2号”的照片。
  •  
    艺术家对“先锋10号”/“先锋11号”的概念。
  •  
    艺术家对“先锋10号”接近木星时的概念。
  •  
    艺术家对“新视野号”朝向冥王星接近的概念。
  •  
    艺术家对“新视野号”飞越冥王星的概念。

相关条目 编辑

参考资料 编辑

  1. ^ Pioneer 10 Live Position and Data. TheSkyLive.com. [2019-08-11]. 
  2. ^ Pioneer 11 Live Position and Data. TheSkyLive.com. [2019-08-11]. 
  3. ^ The Pioneer Missions. NASA. 3 March 2015. 
  4. ^ Gill, Victoria. Nasa's Voyager 2 probe 'leaves the Solar System'. BBC News. December 10, 2018 [December 10, 2018]. 
  5. ^ Voyager – Mission – Interstellar Mission. NASA. June 22, 2007 [August 14, 2013]. 
  6. ^ Harwood, William. Voyager 1 finally crosses into interstellar space. CBS News. September 12, 2013. 
  7. ^ Wall, Mike. Interstellar Traveler: NASA's Voyager 1 Probe On 40,000-Year Trek to Distant Star. 13 September 2015 [4 June 2018]. 
  8. ^ Brown, Dwayne. New Horizons Receives Mission Extension to Kuiper Belt, Dawn to Remain at Ceres (新闻稿). Washington, DC. NASA. 2016-07-01 [2016-10-06]. 
  9. ^ Gebhardt, Chris; Goldader, Jeff. Thirty-four years after launch, Voyager 2 continues to explore. nasaspaceflight.com. 20 August 2011 [15 July 2015]. 
  10. ^ 10.0 10.1 Cranor, David. When the Voyagers passed the Pioneers. Nothing More Powerful. 4 December 2017 [4 December 2017]. 
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  12. ^ Distance between the Sun and Voyager 2. 
  13. ^ Distance between the Sun and Pioneer 10. 
  14. ^ 14.0 14.1 14.2 Voyager – Mission Status. Jet Propulsion Laboratory. NASA. [November 4, 2019]. 
  15. ^ 15.0 15.1 15.2 Spacecraft escaping the Solar System. Heavens Above. Chris Peat. [2021-08-29]. 
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  17. ^ What is escape velocity?. www.qrg.northwestern.edu. [2018-10-25]. 
  18. ^ solar escape velocity at 100 AU - Wolfram|Alpha. www.wolframalpha.com. 
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  20. ^ NASA - NASA Glenn Pioneer Launch History. NASA. 
  21. ^ 21.0 21.1 21.2 rockets - Where are the upper stages for the Voyager/Pioneer stages? - Space Exploration Stack Exchange. stackexchange.com. 
  22. ^ 22.0 22.1 Stern, Alan; Guo, Yanping. Where Is the New Horizons Centaur Stage?. Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory. October 28, 2010. 
  23. ^ Star 48b Third-stage Motor - Unmanned Spaceflight.com. unmannedspaceflight.com. 
  24. ^ Malik, Tariq. Derelict Booster to Beat Pluto Probe to Jupiter. Space.com. 26 January 2006 [2 January 2019]. 
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  30. ^ https://usspaceobjectsregistry.state.gov/Lists/SpaceObjects/DispFormaspx?ID=3348.html[永久失效链接]
  31. ^ Hurtling Through the Void. Time. 20 June 1983 [5 September 2011]. （原始内容存档于22 December 2008）. 
  32. ^ 32.0 32.1 Bailer-Jones, Coryn A. L.; Farnocchia, Davide. Future stellar flybys of the Voyager and Pioneer spacecraft. Research Notes of the American Astronomical Society. 3 April 2019, 3 (59): 59. Bibcode:2019RNAAS...3...59B. S2CID 134524048. arXiv:1912.03503  . doi:10.3847/2515-5172/ab158e  . 
  33. ^ Calculating the time it will take spacecraft to find their way to other star systems. Phys.org. December 2019. 
  34. ^ Solar orbiter Ulysses ends mission after 18 years. Reuters. July 2009. 

外部链接 编辑

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