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1 # 詹染黑色的白紙
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2 # 刁博
引力彈弓是利用星球的引力給探測器加速的一種常用方法,人類發射的飛往地球軌道之外的探測器,很多就用到了引力彈弓進行加速。人類在70年代的時候能夠發射飛出太陽系的旅行者號飛船,就是因為當時的時機非常好,可以連續借助多顆星球的引力進行加速。
引力彈弓的原理也比較簡單,如下圖,一顆行星在太陽系內執行的線速度是u,探測器的飛行速度是v,這樣探測器相對行星的飛行速度就是u+v。探測器飛到行星附近時在其引力的影響下軌道會發生偏轉,再次從星球表面飛出時,相對星球的飛行速度仍然會是u+v,不過相對太陽系的速度就會發生變化,如果這時探測器的飛行方向和星球的飛行方向相同,這樣它相對於太陽系的速度就會變為2u+v,速度足足增大了2u。
飛船的能量或動量增加了,能量當然不是憑空多出來的,而是從行星上獲得的。理想情況下,也就是沒有空氣阻力以及不必為探測器點火加速的情況下,探測器增加了多少機械能行星就會減少多少機械能。行星的機械能減少了,軌道就會變得靠近太陽,行星的能量損失的越多,軌道變化就會越大。其實人類活動發射出去的探測器和行星比起來,質量是小的可憐,行星為探測器提供那點能量對自己受到的影響直接忽略不計。
而若是到了《流浪地球》中的場景,情況就變了。《流浪地球》中依靠木星的引力彈弓為地球加速,木星的質量是地球質量的大約318倍,這時候地球的質量在木星面前就不能忽略不計了。木星多次對地球進行加速,木星的能量就會多次減少。每減小一次,木星的軌道就會更加靠近太陽。如果能夠進行天文觀測,木星的軌道變化是比較明顯的。
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3 # 星宇飄零2099
理論上會,而且影響挺大的,畢竟地球跟木星的質量相差不算太大,相差大約318倍。
利用木星的引力彈弓時,地球主要是竊取木星的公轉動量。當地球靠近木星時,由於木星的引力作用會以拋物線加速落向木星,而當到達最近點(我們叫它近木點吧)時又會減速離開,單單考慮引力作用的話,理論上靠近近木點時的速度跟遠離時相對於木星是一樣的,這跟拋物線的頂點兩邊的情況是一樣一樣的。
然而方向卻會被改變,至於改變多少由地木相對速度和近木點離木星距離共同決定,離木星越近軌道偏折越大,而當我們以木星公轉的反方向切入然後以公轉方向離開時,地球將獲得一個2倍於木星公轉速度的加速度。這是加速最大化的引力彈弓。(實際上由於地球質量太大了,無法忽略,所以無論如何是不可能達到2倍木星公轉速度的。)
我們假設一開始地球相對於太陽的切向速度為0,這樣你能更好的理解為什麼最終加速是木星公轉速度的2倍。當木星以公轉速度(約13km/s)迎面而來,地球受木星引力加速落向木星,由於下落加速度跟遠離時是一樣一樣的,所以我們也直接把它忽略掉。這樣只剩木星與地球以相對速度13km/s靠近,當到達近木點,地球轉向沿木星公轉方向飛出時,與木星相對速度依然是13km/s不變,但由於方向反轉了180°,因此地球的速度將由0變成13×2=26km/s是不是有點空手套白狼的味道。
而電影裡由於目標是比鄰星,而比鄰星並不在黃道面上,因此木星除了加速還承擔了轉向的任務,另一方面,地球也不可能反方向迎著木星去,因那相當於要沿公轉反方向運動,而當時地球是以轉移軌道併入木星軌道的。大概以下面這種方式:
所以說是不可能獲得2倍的木星公轉速度的。能加速多少隻能根據入射角和出射角決定了。
搞清楚引力彈弓的原理,我們就可以來討論它會不會對木星產生影響了,前面已經分析得到地球會獲得一定的木星公轉速度,這個增加的速度就可以根據地球質量換算成動量。根據動量守恆定律,地球增加的動量必須木星來背,也就是說木星會減少相應的動量,同樣根據木星質量,就可以計算得到木星公轉速度會降低多少。
根據動量公式我們很容易就得出,最終地球增加的速度與木星減少的速度之比是地球與木星質量之比的倒數。前面說了木星質量比地球大318倍,即木星減少的速度=地球增加的速度÷318。
木星速度降低,軌道變化在所難免,但最終軌道變成怎樣還得看看地球脫離木星時的出射角,因為動量變化要考慮方向。所以實際上還是比較複雜的。
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這是不可能的,木星質量是地球的300來倍。要是地球多繞木星幾個圈圈,輕則變成他的衛星,重則進入木星粉身碎骨。