Как орбите зондов «Вояджер» и «Новые горизонты» удается попасть в межзвездное пространство?

Я так понимаю, что каждый запущенный зонд был выведен на орбиту. Чем дальше вы хотите проникнуть в солнечную систему, тем быстрее она должна двигаться. И все вращается вокруг Солнца, пока не найдет другую массу, чтобы «захватить» его.

Но я заметил, что Плутон ДЕЙСТВИТЕЛЬНО далеко, а орбита New Horizons не является ни кругом, ни эллиптической формой, и не похоже, что зонд когда-либо вернется - он просто продолжит движение. Он даже не выглядит так, как будто он вращается вокруг Солнца! Как возможна такая орбита?

То же самое с зондами "Вояджер". Похоже, они продолжат полет в межзвездное пространство и никогда не вернутся. Является ли их траектория хотя бы отдаленно похожей на круговую орбиту вокруг Солнца в этой точке? Если нет, то как возможна такая траектория?

"Вояджеры" не находятся на эллиптической орбите вокруг Солнца, они превышают скорость убегания, необходимую для того, чтобы навсегда покинуть Солнечную систему. Зонд просто должен быть достаточно быстрым.

Ответы (2)

Это относится к понятию скорости убегания , которая представляет собой скорость, необходимую для выхода из гравитационного колодца объекта. Несмотря на то, что гравитация имеет бесконечный радиус действия, тот факт, что ее сила квадратично уменьшается с расстоянием, означает, что требуется лишь конечное количество энергии, чтобы выбраться из гравитационного колодца планеты. За некоторую фиксированную стоимость энергии можно уехать сколь угодно далеко от планеты. Если ваша скорость выше скорости убегания, вы можете уйти от планеты так далеко, как захотите, и при этом некоторая скорость унесет вас прочь — другими словами, вы никогда не вернетесь.

Вы правы в том, что циклические орбиты круглые и повторяющиеся. Но не все в космосе должно двигаться по циклической орбите. Объекты, которые движутся со скоростью, равной скорости убегания, не находятся на циклической орбите, они находятся на траектории убегания . New Horizons имеет достаточную скорость, чтобы уйти от Солнца по траектории — он покинет Солнечную систему и никогда не вернется обратно, хотя может попасть на орбиту где-то еще вокруг другого небесного тела.

Парабола или гипербола - это вполне допустимая орбита, но не «циклическая».
@DrSheldon Интересно, кажется, что хотя орбита обычно используется для обозначения повторяющейся траектории (на собственном сайте НАСА указано, что все орбиты являются эллиптическими), ее также можно использовать для описания неповторяющейся траектории. Я обновил свой ответ, чтобы отразить более широкое использование.
@NuclearWang Отличный и четкий ответ, спасибо!
@NuclearWang Но пытаемся ли мы превысить скорость убегания Солнца или Земли? Или оба?
@export_all_errors Объекты, которые мы отправили за пределы досягаемости Солнца — «Пионеры» и «Вояджеры» — должны были сначала покинуть Землю, а затем — Солнце. Два недавних объекта, Оумуамуа и астероид 1I/2017 U1, приблизились к Солнцу, но уже двигались со скоростью, превышающей скорость убегания Солнца.
@bitchaser Что, если зонды New Horizons или Voyager каким-то образом замедлятся (гипотетически). Их скорость уменьшится и, скажем, станет меньше скорости убегания. Притянет ли их солнце и станет ли их траектория побега орбитой вокруг солнца?
Да. Представьте, что объект находится в одном световом году от Солнца. Солнце по-прежнему является ближайшим крупным объектом, и скорость убегания от него, вероятно, составляет несколько км/с или меньше. Если скорость уменьшится до меньшей, чем скорость убегания, то он будет вращаться вокруг Солнца.
@export_all_errors Это будет зависеть от того, где объекты замедляются. Если объект находится достаточно близко к Земле, замедление до околоземной космической скорости приведет к переходу на орбиту вокруг Земли. Если объект уже покинул земную сферу Хилла и замедлился до скорости ниже солнечной, он выйдет на солнечную орбиту. Если объект уйдет достаточно далеко, он может войти в гравитационную сферу другого тела, и в этом случае торможение не отправит его обратно к солнцу.

Я думаю, что ваша проблема просто вопрос терминологии. Почти все орбиты, о которых вы слышали, являются эллиптическими. Некоторые почти точно круглые, но это считается частным случаем эллипса. Такие орбиты продолжают двигаться по кругу и остаются на определенном расстоянии от первичной. У вас может сложиться впечатление, что это часть значения слова «орбита».

Но технически она по-прежнему называется орбитой, если это не замкнутая кривая. Орбиты, по которым объект не возвращается, представляют собой гиперболы, а не эллипсы. Эти космические зонды находятся на гиперболических орбитах. Если вы помните свою геометрию, у гиперболы есть две асимптоты, к которым приближается кривая, когда она уходит в бесконечность. К настоящему времени космические зонды находятся так далеко от Солнца, что они очень близки к гиперболической асимптоте и в основном движутся по прямой линии за пределы Солнечной системы.