星际穿越和火星救援中的“大弹弓

　　经典科幻电影中的物理--“引力弹弓”。这个“弹弓”不单单在星际穿越中出现，在火星救援中也在关键时刻完成了“大兵瑞恩”的任务。那么接下来我们来看看这个神奇的“弹弓效应”。

　　在电影中，主人公他们的飞船是通过一个大黑洞的吸引力把自己甩到很远的上，这个过程是最节省能量的。这就好像地球绕着太阳公转但不用消耗地球自身的能量一个道理。

　　在太阳系中，如果我们要去木星，也需要依靠太阳的吸引力把飞船甩过去，这在物理上又叫做“霍曼轨道” （Hohmann trajectory），其实就是一种引力弹弓。当然了，在整个空间里做星际旅行，其道理都是一样的。

　　中有很多，每个的弯曲了空间，所以，空间本身就是高低不平的犹如山峦——空间并不平坦，就好像我们地球的地貌一样。在爬山的时候，是需要考虑线的。比如你要从去印度，最好的方法肯定不是通过喜马拉雅山的山顶，你可以找一条捷径，这个捷径就对应于引力场中的“霍曼轨道”，其实相当于依靠了引力弹弓。“霍曼轨道”在星际旅行中是必要的，因为飞船携带的燃料是很少的，比如从地球到火星，不可能直接飞过去，也是要依靠太阳的引力把飞船弹过去的。

　　一般而言，引力弹弓效应是指飞船利用的引力场来达到加速的目的，的引力就像弹弓一样把飞船弹射出去。例如，在40年前，旅行者1号探测器离开地球时速度并不快，后来利用木星和土星的引力弹弓效应，速度被加速至超过了第三速度，使它能够在没有动力的情况下飞离太阳系。不过，大家可能会想，飞船飞向时会被加速，但当它飞离时又被减速，这样飞船岂不是根本没有被加速？

　　事实上，飞船确实可以利用引力弹弓效应来加快飞行速度，这得益于拥有绕太阳的公转速度。当飞船迎着公转的方向靠近时，来自的轨道角动量让飞船的速度有了大幅提升。如果飞船能够越近距离地飞掠，它获得的动量就越大，就会以越快的速度飞离。为了使速度更快，飞船可以在最接近的时候点火。整个过程动量守恒，飞船被加速，的轨道速度降低，只不过由于的质量远大于飞船，所以只损失了很小的轨道速度。

　　那么弹弓很多人都玩过，弹弓的原理就是借用皮筋拉伸产生的力，然后将目标发射出去，那么引力弹弓的原理也是一样的，都属于一种借力，不同的是一个借助拉伸的皮筋，另一个借助的是的重力场，然后通过重力场进行加速，然后飞向下一个目标。

　　现在大家明白了么？如果有对电影中的物理场景有疑问有兴趣的可以在下面留言哦,kean老师会在下一期中帮助大家消化各种“物理大餐”。