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飞了228亿公里的旅行者一号,究竟是如何躲避小行星的?

星辰大海是人类的梦想,但从目前的情况来看,人类就只去过距离地球最近的一颗星球——月球,这的确有点小尴尬。好在人类还可以向宇宙深空发射无人探测器,它们可以代替人类飞到更远的区域,去探索宇宙中的奥秘。

时至今日,人类发射的探测器早已拜访了太阳系中所有的行星,甚至在太阳的附近,也有它们的身影出现。

在众多的探测器之中,知名度最高的应该就是旅行者一号了,该探测器于1977年发射升空,迄今为止,旅行者一号已在太空中飞了44年,与地球的距离大约为228亿公里,这也使得它成为了距离地球最远的人造物体,没有之一。

然而据我们所知,太阳系中除了八大行星等主要天体之外,还存在大量的小行星,那么问题就来了,旅行者一号在如此漫长的“旅途”中,为什么一直没有撞上小行星?

飞了228亿公里的旅行者一号,究竟是如何躲避小行星的呢?

可能有人会认为,旅行者一号应该是装了高科技的“探路装置”,能够提前预判自己是否会撞上某颗小行星,然后再以自身的动力进行适当的机动,从而达到躲避小行星的目的。

不得不说,这是一个非常合理的推测,但事实却并非如此,那实际情况是怎么样的呢?答案就是:科学家在设计旅行者一号的时候,根本就没有考虑过应该如何去躲避小行星,换句话来讲就是,旅行者一号在“旅途”中会不会撞上小行星,全看它自己的运气……

需要指出的是,科学家这样做是有足够的理由的,原因很简单,那就是小行星在太阳系中分布得极为稀疏,探测器撞上小行星的概率完全可以忽略不计。

上图为旅行者一号和二号的飞行路径,可以看到,旅行者一号在发射之后就一直在黄道面(地球公转轨道平面)内飞行,直到抵达土星之后,才利用土星的“引力弹弓”飞离了黄道面。

在这期间,旅行者一号飞越了一个太阳系中小行星相对密集的区域——“小行星带”,太阳系内侧的绝大部分小行星都集中在这里,这也就意味着,在旅行者一号飞越“小行星带”的时候,其撞上小行星的概率是最大的。

通常来讲,我们对“小行星带”的印象大概是上图这样的,然而这却与实际情况严重不符,何出此言呢?我们让数据来说话。

“小行星带”位于木星和火星的公转轨道之间,在黄道面所占的平面区域为距离太阳大约2.17至3.64天文单位,整体上是一个环形。我们知道,1个天文单位大约为1.5亿公里,根据环形面积公式“S = π(R^2 - r^2)”可以计算出,“小行星带”在黄道面所占的面积大约有60.34 x 10^16平方公里。

观测数据表明,“小行星带”中已知的小行星数量约为50万颗,考虑到还可能存在没有观测到的小行星,我们不妨将这个数量再乘个2,也就是100万颗。

这样算下来,就算“小行星带”中的小行星全部都运行于黄道面上,也是平均每6034亿平方公里才有一颗小行星,其平均距离大约为77.7万公里,这大约是地球和月球之间的平均距离的两倍。

什么概念呢?这么说吧,在地球和月球之间的距离,完全可以容纳下太阳系中包括木星在内的所有行星,而这个距离却是地月距离的两倍。

由此我们完全可以想象出,当旅行者一号在分布得如此稀疏的小行星之间穿行的时候,其撞上小行星的概率有多低,可以说是几乎为零了。

(注:运行在“小行星带”中的天体都很小,有些小行星的直径甚至小于10米,因此它们与旅行者一号之间的引力效应可以忽略不计)

很明显,既然在小行星相对密集的“小行星带”,旅行者一号撞上小行星的概率都几乎为零,那在其它的区域就更不用说了。

小结

综上所述,历时44年飞了228亿公里的旅行者一号之所以一直没有撞上小行星,其实就是简单地因为小行星分布得实在是太稀疏了,正因为如此,人们在发射其它的探测器的时候,也基本上不会去考虑如何躲避小行星。

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