太陽系是扁平的嗎？宇宙飛船為何不能垂直飛出太陽系？

實在搞不懂！太陽系明明就是扁平的，宇宙飛船要是垂直于這個平面飛行，不是更容易飛出太陽系嗎？干嘛非得貼著太陽系的平面飛行呢？一起來聊聊這是怎么回事吧！

很多人在看到這樣的太陽系時就認為“太陽系是一個扁平的圓盤”，但這并不準確。這只是太陽系核心區域的形狀特征。天文學家把地球的公轉軌道平面稱為“黃道面”。八大行星的公轉軌道幾乎都是位于黃道面附近的。即使軌道傾角最大的水星也只有7°。別的行星軌道傾角基本上都在3°以內，幾乎完美貼合黃道面。所以，當我們看到只有八大行星的太陽系時，太陽系的形狀就是扁平的。
但這只是太陽系的核心區域，從太陽到海王星軌道只有45億公里，大約只占整個太陽系半徑的一萬分之五。而在太陽系的最邊緣地帶是包裹著整個太陽系的球狀云團奧爾特云，它距離太陽最遠可達1光年，大約9.5萬億公里，那里的冰質天體估計超過1000億顆。

因此，太陽系應該是一個“核心扁平，外圍球狀”的復合結構。那么，即使我們只從太陽系的形狀上看，宇宙飛船無論是沿著太陽系圓盤平面，還是垂直于軌道平面飛行，都得是飛出球狀的奧爾特云后，才算是真正的飛出了太陽系吧！
那宇宙飛船垂直于太陽系圓盤面飛出太陽系會更容易些嗎？這個想法是錯誤的！它把“飛出圓盤”和“脫離太陽的引力”劃了等號。

太陽是一顆質量巨大的恒星。所有受到太陽引力的束縛而圍繞太陽轉動的天體都在太陽的底盤內。太陽的引力可不管“上下左右”，它是從中心向著四面八方延伸的球狀分布。不管你從哪個方向飛，想要離開太陽系都得突破這張“球形網”的束縛。因而，我們判斷自己是否已經飛離了太陽系，不是看是否飛出了太陽系圓盤面而是看是否已經擺脫了太陽的引力控制。
要擺脫太陽引力的控制就必須達到太陽的逃逸速度。在地球軌道處，太陽的逃逸速度約為42.1公里/秒，即使垂直于太陽系圓盤面飛行，也必須達到這個速度才行。因此，沿著垂直于太陽系圓盤面方向飛出太陽系并不容易。
而且還比沿著太陽系圓盤面飛行更加困難。

地球在以每秒鐘大約30公里的速度圍繞太陽公轉，這是地球與生俱來的“初速度”。當宇宙飛船沿著黃道面飛行時，這個30公里/秒的初速度就可以疊加到宇宙飛船的推進速度上。可是當宇宙飛船以垂直于黃道面飛行時，不僅不能疊加地球公轉速度，而且還要先抵消掉地球的公轉速度，然后再加速到42.1公里的逃逸速度。很顯然這樣做的代價太大了。

引力彈弓效應

除了可以疊加初始速度這一優勢，宇宙飛船貼著太陽系圓盤面飛行還可以“搭順風車”。宇宙飛船在離開地球后可以利用行星的引力彈弓效應進行加速。當宇宙飛船從行星附近飛過時，行星公轉時的部分動能會轉給宇宙飛船。它好像被行星的引力使勁推了一把，獲得了額外的速度。例如，旅行者一號探測器就先后借助了木星和土星的引力彈弓，把速度提升到了足以讓它飛出太陽系的第三宇宙速度。
沿著太陽系圓盤面飛行，宇宙飛船不僅可以有免費“順風車”搭乘，而且還能在旅途中考察路過的行星和小行星等天體，可謂是一舉兩得。

反過來再看看垂直于太陽系圓盤面飛行呢？宇宙飛船在這里不會遇到大質量天體，因而也就不會遇到搭乘“順風車”的好事了。沒有了行星引力彈弓效應的加速，宇宙飛船只能完全依靠自身的燃料加速。在目前的技術水平下，要垂直飛行達到逃逸速度幾乎是不可能實現的。
看到這里也許很多朋友不以為然：你說的是現在。人類科技在飛速發展，也許在未來垂直飛出太陽系根本不是什么難事兒。

目前科學家正在研究的熱核推進，離子推進等新技術能夠提供比化學燃料火箭更高的推進效率。或許在未來航天器可以不依賴引力彈弓，憑借自身動力就能具備垂直飛出太陽系的能力。
但即使技術再成熟，垂直飛行也不會比沿著太陽系圓盤面飛行更容易吧！你覺得是這樣嗎？一起聊一聊吧！