【杠精學(xué)物理】第268篇原創(chuàng)文章。

看到有童鞋詢問引力彈弓效應(yīng)的相關(guān)問題，今天簡單介紹下高考中是如何將“引力彈弓效應(yīng)”簡化為完全彈性碰撞的。

對引力彈弓效應(yīng)還不太了解的朋友可以看看今天的視頻：

但我們需要知道的是，真實情況中，引力彈弓效應(yīng)并不是在一條直線上的碰撞！直接的碰撞會造成航天器的墜落。真正的引力彈弓并不接觸，僅用來加速或者改變航天器的運行軌道。

在航天器飛行過程中，若需要利用引力彈弓效應(yīng)，它需要以一定的角度進入行星的引力范圍才能很好地利用行星的重力進行彈弓彈射。這涉及非常復(fù)雜的計算，我們將其用下面的動畫圖片形象化地表現(xiàn)出來：

引力彈弓的各種軌道應(yīng)用

在上面的動圖中，黑點代表行星的運動軌跡，藍色點代表航天器。為了獲得最大的引力加速度：

• 首先需要在正確的時間以合適的角度與行星相遇；
• 其次，從后方接近行星；
• 第三，航天器需要與行星盡量接近以獲得更大動能；
• 第四，不能過于接近行星，否則航天器會墜毀在行星上、受行星大氣阻擋而減速，或者被行星的潮汐力扯成碎片（洛希極限）。
• 最后，永遠不要試圖依靠太陽來做引力彈弓，因為在太陽系里太陽是靜止的，你只會改變方向而不會有任何加速（如上圖e），離得太近了還會燒毀。

以旅行者1號為例，先后引用了木星和土星的引力彈弓效應(yīng)，從而獲得足夠的能量，飛出太陽系。模擬如下：

旅行者1號的運行軌跡

旅行者2號先后利用木星、土星和天王星來進行重力加速，但為了觀測海王星最大的衛(wèi)星泰坦，它選擇越過海王星的北極。這使得旅行者2號獲得了黃道平面外的加速度，同時使它與太陽的相對速度下降。

旅行者2號的運行軌跡