生活中有很多东西看似快如闪电 。比如:风驰电掣的赛车、快速出膛的子弹等 。然而这些速度如果放在浩瀚无比的宇宙空间来讲,就显得微不足道了 。
我们都知道第一、第二、第三宇宙速度,其实在此之上,更有鲜为人知的第四、第五宇宙速度 。这又是怎么一回事呢?今天我们就来一场极限之旅,一起看一看宇宙中的速度与激情 。
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第一宇宙速度要使一个物体离开地球,必须沿着地球引力相反的方向对它加力,也就是让物体向上作加速运动,当它达到一定速度时停止加力,它就能以惯性一直向前脱离地球 。
但如果冲出地球的速度不够大,物体只能因为惯性环绕地球旋转,这一速度就被称为第一宇宙速度,又被称为航天器最小发射速度、航天器最大运行速度、环绕速度 。
也就是说物体并没有完全摆脱地球引力场的限制 。这一速度大概是每秒7.9公里,我们熟知的人造卫星的发射速度、航天器围绕地球公转的运行速度,都是第一宇宙速度 。
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第二宇宙速度而要想摆脱地球重力场的束缚,就需要全面提速 。这就需要第二宇宙速度,又称逃逸速度 。它一般被描述为摆脱一个重力场引力束缚时,飞离重力场时所需的最低速度 。在地球上为每秒11.2公里 。
根据万有引力定律 。如果物体恰好逃离地球时速度为0,逃离地球后最终它会到达离地球无限远处 。
换句话说,假设太空船的飞行没有阻力,那么只要它在初始时刻达到第二宇宙速度,那么就能保证它能够逃离地球并最终到达离地球无限远处,在初始时刻之后并不需要继续提供任何能量 。
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这多节约人们探索宇宙的飞行成本啊!然而真要是那么简单就好了,因为地球表面有稠密的大气层,飞船飞行有阻力,人们很难初始就以这么高的速度起飞 。所以目前的航天器都是先离开大气层,再完成加速脱离地球轨道的 。
当然了,各个星球因为大小、质量、引力强度不同,逃逸速度自然也不相同 。比如月球的引力是地球的1/7,它的逃逸速度自然也很小,只需要以每秒2.38公里的速度前进,就很容易摆脱月球重力场的限制 。
太阳系里逃逸速度要求最小的,是小行星谷神星,只需要每秒0.51公里 。
相比之下,太阳的逃逸速度就高的可怕了,至少需要一秒600多公里的速度才能离开,这一数字是子弹速度的600倍,是音速的1700倍 。
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当然,宇宙中逃逸速度最大的自然是黑洞,它强大的重力场,就连光也无法从中逃出,逃逸速度自然也就是光速了 。
第三宇宙速度到了第三宇宙速度,就需要最终能够脱离恒星系引力范围所需要的速度了,对于地球,则是从地球表面出发,最终脱离太阳引力范围所需的速度 。
地球的第三宇宙速度约为16.7 km/s 。目前人类发射的航天器,只有旅行者1号 。
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它于1977年9月5日发射,到了2012年8月25日,达到第三宇宙速度,成为第一个穿越太阳圈并进入星际介质的宇宙飞船 。然而,旅行者1号能够达到这个速度,也不是通过燃料推进造成的,而是利用了行星的重力助推效应 。
重力助推效应,也称重力弹弓效应 。当飞行器靠近行星时,它会被行星的引力猛地拉了一把 。这就好比一个弹弓拉紧的过程 。飞行器也会给行星一个引力影响,直接产生的运动效果就像飞行器被行星反弹出去一样 。
如果在此时点燃火箭助推器,飞行器就能被推进得更远,而且运行速度越快,动能也就越大 。行者1号在经过木星和土星时都进行了两次重力助推,从而才能获得足以完全摆脱太阳引力的动能 。
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第四宇宙速度,为什么没人提?比第三宇宙速度更快的,就是人类尚未达到的第四宇宙速度了 。它是指从地球上发射的飞行器能够摆脱银河系的引力束缚,飞出银河系所需的最小初始速度 。
初步推算约为每秒110到120公里,但由于人类目前无法知道银河系的准确大小与质量,更何况还有潜在存在的暗物质,所以这一数字也遭到了很多天文学家的质疑 。
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