利用行星引力把探测器甩出去？引力弹弓不用遵守能量守恒定律吗？ “引力弹弓”是人类发射太空

“引力弹弓”是人类发射太空探测器时经常会使用到的一种加速方式，简单来讲，这种方式能够利用行星引力把探测器甩出去，这样就可以给探测器加速，从而大幅降低探测任务所需要的燃料以及时间。

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在我们的印象中，利用引力弹弓进行加速的过程大概是这样的：探测器首先向行星接近，然后绕着行星转一下，当探测器被行星引力甩出去的时候，探测器就被加速了，然而如果我们仔细想想，就会觉得有些不对劲。
当探测器向行星接近时会因为行星的引力而加速，这就相当于它的动能增加了，而当探测器离开行星时，行星的引力却会让探测器减速，这就相当于它的动能减少了，根据能量守恒定律，它离开行星时减少的动能，就应该与它接近行星时增加的动能相等。

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也就是说，探测器离开行星时的速度并不会增加，但实际情况却表明，引力弹弓确实可以让探测器的速度增加，这就有点令人感到困惑了。
引力弹弓不用遵守能量守恒定律吗？为何绕着行星转一下就可以加速？
其实引力弹弓蕴含的科学原理并不复杂，这就是一个速度的相对性问题（即选择不同的参照系，结果就会出现不同），我们只需要一张图就可以讲清楚。

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上图中的黑点代表行星，蓝点代表探测器，可以看到，假如我们以太阳作为静止参照系，那么探测器确实是被加速了，而假如我们以行星作为静止参照系，那么探测器的速度就没有增加，只是它的运动方向改变了而已。
由此可见，探测器之所以绕着行星转一下就可以加速，其实就是因为它在这个过程中，获得了行星的一部分围绕太阳公转的动能，与此同时，行星却失去了这一部分动能，从整体上来看能量是守恒的，因此可以说，引力弹弓遵守能量守恒定律。
需要注意的是，引力弹弓还有一个令人感到困惑的现象，我们先来看一组数据。
大家都知道，旅行者1号是目前距离我们最远的探测器，其实这个探测器也是利用了引力弹弓进行加速，相关数据表明，当旅行者1号离开地球时，其相对于太阳的速度大约为36公里/秒（借助了地球的公转速度），在此之后，由于它是向太阳系外侧飞行，因此太阳的引力就会使它不断减速。

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如此一来，当旅行者1号抵达木星时，它相对于太阳的速度已经降低至大约14公里/秒，在此之后，它利用木星的引力弹弓进行了加速，当它离开木星时，其相对于太阳的速度达到了大约37公里/秒。
要知道木星的平均公转速度仅为13公里/秒，也就是说，即使将旅行者1号抵达木星时的速度（14公里/秒，相对于太阳）与木星的公转速度完美叠加，也只有27公里/秒，那么问题就来了，为什么它被木星甩出去时相对于太阳的速度会是37公里/秒？这多出来的10公里/秒的速度是怎么来的呢？

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