離開太陽系的人造物體列表

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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」）。

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（英语：Yo-yo de-spin），假設它們繼續沿著它們的軌道前進，也正在離開太陽系。

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 ，朝向位於金牛座的畢宿五（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著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。它正朝著與距離地球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（英语：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]。

  • 航海家1號和2號的速度和離太陽的距離
    航海家1號和2號的速度和離太陽的距離
  • 先鋒10號和11號的速度和離太陽的距離
    先鋒10號和11號的速度和離太陽的距離
  • 新視野號的速度和離太陽的距離。
    新視野號的速度和離太陽的距離。

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况下，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（英语：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（英语：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减少其旋轉。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][需要較佳来源]。 「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（英语：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，這裡列出的所有物體，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够的速度逃離銀河系[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」

主条目：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，穿越歐羅巴和蓋尼米德的軌道。在這次重力助推之後，它可能會進入圍繞太陽的雙曲軌道（英语：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，無法以任何管道跟踪或引導。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

  • 「航海家1號」/「旅行者2號」的照片。
    「航海家1號」/「旅行者2號」的照片。
  • 藝術家對「先鋒10號」/「先鋒11號」的概念。
    藝術家對「先鋒10號」/「先鋒11號」的概念。
  • 藝術家對「先鋒10號」接近木星時的概念。
    藝術家對「先鋒10號」接近木星時的概念。
  • 藝術家對「新視野號」朝向冥王星接近的概念。
    藝術家對「新視野號」朝向冥王星接近的概念。
  • 藝術家對「新視野號」飛越冥王星的概念。
    藝術家對「新視野號」飛越冥王星的概念。

相關條目

參考資料

  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. 
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  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 可免费查阅. doi:10.3847/2515-5172/ab158e 可免费查阅. 
  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. 

外部連結

探索
人造物體
在地球外天体（英语：List of artificial objects on extraterrestrial surfaces）
深空任务
列表
航天项目一览与年表
航天综合
载人航天
太阳系探索
地心轨道人造卫星
运载系统
运载火箭发射（按火箭类型）
运载火箭发射（按國家或地區）
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航天机构
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