科普新春展播之二 l 引力弹弓的秘密

中国物理学会中国物理学会

虎

“ 利用引力这把大弓，把飞行器弹射出去！

——引力弹弓效应

伽利略号

日常生活中，引力稀松平常到几乎让人注意不到，但如果我们深入到浩瀚的宇宙中会发现，引力才是那个终极大boss！我们知道宇宙中有四种基本相互作用，引力就是其中之一，而在影响天体运动方面，这四种力的影响，引力几乎是主导，因而当我们探索外太空时，能否利用引力就成为科学家们非常感兴趣的问题之一，而其中一个最知名也最常见的应用就是引力的弹弓效应。

引力的弹弓效应是一个非常形象的比喻，它描述的是这样的一种现象：当一个微小物体和一个非常巨大的物体追赶着相互接近时，两个物体彼此之间的引力会让大物体传递一部分能量到小物体身上而把这个小物体像弹弓弹射一样地甩出去。

视频中的理想实验十分具有启发性，我们可能很熟悉解释广义相对论的这样一个很直观的描述，即利用橡皮膜上的物体使膜凹陷来模拟时空弯曲，我们也肯定听说过牛顿引力可以看作广义相对论的某种近似。但利用这种演示出来的时空弯曲来解释引力的有趣的效应，正是这个视频中的理想实验在做的很有意思的尝试。这个实验非常直观地告诉我们，引力弹弓效应确实加速了那个小物体，把它弹出去了！

这一现象在人类探索外太空时有着非常巧妙的应用，人类想把航天器发射向外太空，但是脱离太阳的引力要消耗巨大的燃料，不过科学家意识到利用这一现象可以使巧劲儿：如果我携带不了那么多燃料，我就利用宇宙中庞大的星体把这个航天器弹出去。人类向遥远宇宙的征程，比如卡西尼号、伽利略号、旅行者号航天器的发射，都是人类多次利用了太阳系各大行星作为弹弓，接力着把它们弹出去的。