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第四宇宙速度是什么?有多快?

 pgl147258 2018-02-19

讓我們先來了解點宇宙常識再來回答這個問題吧:相傳牛頓因為看到蘋果落向地面而發(fā)現了萬有引力,宇宙萬物是互相吸引的,地球上的物體被地球的引力牢牢吸在地球上。同樣還是牛頓他認為在地球表面平拋一個物體,如果地球有縫隙,那這個物體會繞回原處;進一步他想象一個人站在高山上平拋一個物體,物體會沿著一條曲線最終落回地面,但是拋擲速度越大投擲距離越遠,于是他設想如果平拋初速度足夠大,那這個物體將不會再落回地面,而會環(huán)繞地球運動。牛頓利用牛頓第二定律和向心力公式近似地計算出了這個初速度。牛頓把物體接近地面做圓周運動的軌道半徑近似地看作是地球的半徑,把物體所受的重力即萬有引力全部看作是物體做圓周運動的向心力,向心加速度a近似地取地球表面的重力加速度g。即公式F=ma=GMm/r2=mg=mv2/r,其中r為地球半徑,數值為6.37x10^6米/秒,g為9.8米/秒2,得到v=√gr≈7.9千米/秒。這個速度被人們稱為“第一宇宙速度”。下面我們對第一到第四宇宙速度作一全面介紹。

第一宇宙速度又叫環(huán)繞速度,是指物體接近地球表面環(huán)繞地球所需要的最小速度,也是發(fā)射人造地球衛(wèi)星的最小發(fā)射速度,是最大的環(huán)繞地球速度,因為離地球越遠,引力越小,環(huán)繞速度越小,這符合開普勒定律,這個速度V1為7.9千米/秒,這里環(huán)繞指的是圓周軌道。物體的軌跡在太陽上看來是一個螺旋線。

第二宇宙速度又叫脫離速度,是指在地球上發(fā)射的物體擺脫地球的引力的束縛,環(huán)繞太陽所需的最小速度,這個速度V2=√2V1=√2x7.9=11.18千米/秒當物體速度在7.9――11.2千米/秒之間時,物體以橢圓軌道環(huán)繞地球,比如月球在地球的引力范圍,所以探月衛(wèi)星的速度還是小于11.2千米/秒,并沒有脫離地球引力。當達到V2=11.2千米/秒時,物體的軌跡在地球上看來是一條拋物線,當然在太陽上看來是一個環(huán)繞軌道。

第三宇宙速度又叫逃逸速度,是指在地球上發(fā)射的物體擺脫太陽系的引力束縛,飛出太陽系所需的最小速度,這個速度Ⅴ3=16.62千米/秒,當然這個數值是物體發(fā)射速度方向和地球公轉方向一致時計算出來的,如果不一致,速度還要大于16.7。這時物體的軌跡在地球上看來是一條雙曲線,在太陽上看來是一條拋物線飛離太陽。象美國的星際探測器“旅行者1號”現在速度已超過16.7千米/秒擺脫太陽系的束縛進入星際空間了。它的運行軌跡在地球上看來就是個開口很大的雙曲線了。


那么第四宇宙速度是什么呢?大小是多少呢?

第四宇宙速度指在地球上發(fā)射的物體擺脫銀河系引力束縛,飛出銀河系所需最小初始速度,大約為110――120千米/秒。如能充分利用太陽系圍繞銀心的轉速,最低航行速度可為82千米/秒,而120千米/秒是脫離銀河系的絕對速度,所以人們把這一速度稱為第四宇宙速度,不過銀河系的質量以及半徑等無法精確取值,這個數字需很久才能有公論。這時物體的軌跡在銀河系中心來看是一條雙曲線,而在地球看來是一條直線了。

當然還有第五第六宇宙速度,分別是飛出星系群和脫離全宇宙的引力的速度。估計星系群的尺度大概有500――1000萬光年,照這樣算第五宇宙速度為1500――2250千米/秒,估計宇宙半徑460億光年,質量未知,所以第六宇宙速度未知。

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