離開太陽系的人造物體列表

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離開太陽系的人造物體列表中都是NASA發射的太空探測器及其運載火箭的最上級。其中三個探測器,「航海家1號」,「航海家2號」和「新視野號」仍在運作中,並定期通過無線電通信聯繫,而「先鋒10號」和「先鋒11號」現在已經失效。除了這些太空探測器之外,一些上層級和溜溜球去自旋英語Yo-yo de-spin,假設它們繼續沿着它們的軌道前進,也正在離開太陽系

已經離開或即將離開太陽系的太空探測器。
遙遠的太空探測器從發射到2030年的軌跡
上圖:北極鳥瞰圖;下圖:赤道視圖
「航海家2號」的日心速度與太陽距離的關係圖。說明了利用木星、土星和天王星的重力助推來加速,最後與海王星的海衛一崔頓相遇。質量非常巨大的行星通過引力將太空探測器吸引到它們身邊;這種力加速了太空探測器。如果太空探測器沒有與行星發生碰撞,並且行進的速度超過行星的逃逸速度,則太空探測器將掠過行星,並從重力中獲得加速;這稱為重力助推(或「重力彈弓」)。

這些物體因為它們的速度和方向使它們遠離太陽,並且在它們與太陽的距離上,太陽的引力不足以將這些物體拉回或進入軌道,因此他們正在「離開」太陽系。它們並非不受太陽引力的影響,雖然正在減速,但仍然以離超過開太陽系的逃逸速度遠離,並滑行到星際空間

探測行星的太空探測器

  • 先鋒10號:1972年發射,1973年飛越木星 ,朝向位於金牛座畢宿五(65光年外)方向飛去。2003年1月失去了聯繫,估計與地球的距離已經超過了134天文單位秒(AU;一個AU大約是地球和太陽之間的平均距離:1.5億公里(9,300萬英里))[1]
  • 先鋒11號:1973年發射,1974年飛越木星,1979年飛越土星。1995年11月失去聯繫,估計已距離地球111 AU[2]。這艘太空探測器正朝着位於人馬座西北部的天鷹座的方向前進。除非發生意外,「先鋒11號」將在大約400萬年後從天鷹座的一顆恆星附近經過[3]
  • 航海家2號:1977年8月發射,1979年飛越木星,1981年飛越土星,1986年飛越天王星,1989年飛越海王星。這艘太空探測器於2018年11月5日在119天文單位的距離離開日球層前往星際空間[4]。「航海家2號」仍然處於活動狀態。它沒有朝向任何特定的恆星,然而在大約40,000年後,它應該會距離恆星羅斯248(仙女座HH)1.7光年[5]。如果不受干擾,296,000年它應該會在4.3光年的距離處經過天狼星
  • 航海家1號:1977年9月發射,1979年飛越木星,1980年飛越土星,特別接近土星的衛星泰坦。2012年8月25日,探測器在121天文單位通過日球層頂,進入星際空間[6]。 「航海家1號」仍然處於活動狀態。它正朝着與距離地球17.6光年的恆星格利澤445(AC +79 3888)在大約40,000年後相遇的方向前進[7]
  • 新視野號:2006年發射,於2007年飛越木星,2015年7月14日飛越冥王星。做為古柏帶擴展任務(KEM)的一部分,它於2019年1月1日飛越古柏帶天體(486958) 天空[8]

儘管其它探測器是較早先發射的,但「航海家1號」的速度更高,超過了所有其它探測器。1977年12月19日,「航海家1號」在發射幾個月後,就超過了「航海家2號」[9]。它在1981年超過了「先鋒11號」[10],然後在1998年2月17日超過「先鋒10號」,成為距離太陽最遠的探測器[11]。 「航海家2號」的移動速度比之前發射的所有其它探測器都快;它在20世紀80年代末超越了「先鋒11號」,然後在2023年7月18日超越了「先鋒10號」,成為距離太陽第二遠的太空探測器[12][13]

根據先鋒號異常英語Pioneer anomaly或「先鋒號效應」對它的影響,「新視野號」也可能超越先鋒號探測器,但需要很多年才能超越。預估它將在2143年超過「先鋒11號」,在2314年超過「先鋒10號」,但永遠不會超過「航海家號」[10]

速度和離太陽的距離

為了將距離放在表中的上下文中,冥王星的平均距離(半長軸)約為40 AU。

名稱 發射 距離太陽(AU
(截至2023年)[14][15]
速度(km/s)[14][15]
航海家1號 1977 162.043 16.9
航海家2號 1977 135.198 15.2
先鋒10號 1972 135.017 11.8
先鋒11號 1973 112.879 11.1
新視野號 2006 57.707 13.7

註解:上述數據截至2023年12月17日的。來源:噴射推進實驗室 [14]。NASA SSD模擬器[15],和新視野號[16]

太陽逃逸速度是離太陽中心距離(r)的函數,由

 

其中乘積「G」「Msun」是日心點引力參數。從太陽表面逃離太陽所需的初始速度是618 km/s(1,380,000 mph)[17],在地球與太陽的距離(1AU)處,下降到42.1 km/s(94,000 mph),並在距離100AU處下降至4.21 km/s(9,400 mph)[18][19]

為了離開太陽系,探測器需要達到局部逃逸速度。離開地球後,太陽的逃逸速度是42.1 km/s.。為了達到這個速度,還可以使用地球繞太陽的軌道速度29.78 km/s,這是非常有利的。稍後通過行星附近,探測器可以通過重力助推獲得額外的速度。

推進節火箭

 
類似於發射「新視野號」探測器的Star-48火箭發動機。

每一個行星探測器都被一枚多節火箭放入其逃逸軌道,其最後一節的軌道與發射的探測器幾乎相同。由於這些節不能被主動引導,它們的軌跡現在與它們發射的探測器不同(探測器由允許改變航向的小型推進器引導)。然而,在探測器因重力助推而獲得逃逸速度的情況下,這些節可能沒有相似的航向,而且它們與其它物體相撞的可能性極低。逃逸軌跡上的推進節包括:

  • 「先鋒10號第三節」:Star-37英語Star (rocket stage)固體燃料火箭TE364-4的變體[20]
  • 「航海家1號第四節」:Star 37E固體燃料火箭[21]
  • 「航海家2號第四節」:Star 37E固體燃料[21]
  • 「新視野號第三節」:Star-48B英語Star (rocket stage)固體燃料火箭,與「新視野號」在太陽系外的逃逸軌跡相似,甚至比「新視野號」提前六小時到達木星。2015年10月15日,它在距離冥王星2.13億公里(超過1天文單位)的地方通過了冥王星的軌道[22][23]。這是在「新視野號」飛越冥王星後四個月[24]

此外,在「新視野號」探測器從第三節火箭上釋放之前,還使用了兩個金屬絲上的小重量來減少其旋轉。一旦自轉速度降低,這些質量和金屬絲就被釋放了,因此也在逃離太陽系的軌道上[25][26]

上述物體都不可追跡,因為它們沒有電源或無線電天線,無法控制地旋轉,而且太小而無法被探測到。除了預測的太陽系逃逸軌跡之外,它們的確切位置是未知的。

「先鋒11號」的第三節被認為在太陽軌道上,因為它與木星的相遇不會導致逃離太陽系[21][需要較佳來源]。 「先鋒11號」在隨後與土星的相遇中獲得了逃離太陽系所需的速度[可疑]

2006年1月19日,前往冥王星的「新視野號」探測器在發射時,半人馬座火箭上層和Star-48B英語Star (rocket stage)的第三節就直接達到太陽逃逸軌道的速度16.26公里每秒(58,536公里每小時;36,373英里每小時)[27] New Horizons passed the Moon's orbit in just nine hours.[28][29]。隨後與木星的相遇只增加了它的速度,使探測器比沒有這次相遇的探測器提前三年到達冥王星。

因此,迄今為止,唯一「直接」發射到太陽逃逸軌道的物體是「新視野號」太空探測器、它的第三級和兩個自轉質量(Yo-yo de-spin)。「新視野號」的半人馬座第二節沒有逃脫;它位於2.83年的日心(太陽)軌道上[22]

「先鋒10號」和「先鋒11號」,以及「航海家1號」和「航海家2號」的第2節半人馬座火箭也在日心軌道上[26][30]

未來

考慮到星際空間的巨大空虛,這裏列出的所有物體,除非它們與另一個物體碰撞(或被另一個天體收集,但可能性極低),都有可能在時間軸上繼續進入深空,否則它們甚至可能比太陽生命的主序階段還要長數十億年[31]。先鋒號或航海家號探測器與恆星(或恆星殘骸)碰撞可能性的一個估計時間尺度是1020年(100萬億年)[32][33]。然而,它們不太可能獲得足夠的速度逃離銀河系[32](或其未來與仙女座星系的合併)進入星系際空間

「尤利西斯號」

1990年,太陽探測器「尤利西斯號」向木星發射,以到達太陽兩極上空的高傾角日心軌道;該探測器於2008年關閉。「尤利西斯號」目前處於繞太陽79°的高傾斜軌道上,其遠日點與木星軌道相交。2098年11月,它將與木星再次近距離飛行,穿越歐羅巴蓋尼米德的軌道。在這次重力助推之後,它可能會進入圍繞太陽的雙曲軌道英語Hyperbolic trajectory,最終將離開太陽系[34]

「尤利西斯號」現已關閉,且因為其RTG電源已經耗盡,因此無法聯繫。自2009年以來,無法以任何管道跟蹤或引導。因此,它的確切軌跡是未知的,因為太陽輻射壓等因素可能會顯著改變它的遭遇路徑。

圖集

相關條目

參考資料

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  2. ^ Pioneer 11 Live Position and Data. TheSkyLive.com. [2019-08-11]. (原始內容存檔於2017-10-15). 
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外部連結