什么是第一宇宙速度(第一宇宙速度是脱离什么的速度)

在中学物理中,我们已经学过第一、第二和第三宇宙速度。那么,有没有第四宇宙速度呢?第四宇宙速度有多快?达到第四宇宙速度能飞到哪里呢?

第一、第二和第三宇宙速度

宇宙中引力作用无处不在,只要物体具有质量,就会有引力作用。根据牛顿万有引力定律和运动定律,可以算出第一宇宙速度,约为7.9公里/秒。如果飞行器达到这个速度,它们就能依靠惯性不断绕着地球旋转,而无需提供动力。但在现实中,飞行器不可能在地表绕着地球飞行,因为有空气阻力。飞行器需要飞入距离地表至少100公里的太空中,那里的空气阻力极小,对应的绕行速度也会小于7.9公里/秒。

第二宇宙速度是飞行器摆脱地球引力束缚的逃逸速度,大小约为11.2公里/秒。如果飞行器达到这个速度,此后无需进一步的动力,它就不会被地球的引力拽回来,而是绕着太阳旋转。

第三宇宙速度是飞行器摆脱太阳引力束缚的逃逸速度。在地球所在的位置上,无动力飞出太阳系的速度需要达到42公里/秒。不过,由于地球以30公里/秒的速度绕着太阳旋转。如果飞行器能够沿着地球的公转方向飞行,就能充分利用地球的轨道速度,从而使第三宇宙速度变为16.7公里/秒。

目前,只有先驱者10号和11号、旅行者1号和2号、新地平线号达到了太阳系逃逸速度,它们最终会飞出太阳系,太阳的引力无法束缚住这些星际飞船。旅行者2号目前相对于太阳的速度为15.3公里/秒,但它仍然能够飞出太阳系,因为旅行者2号现在距离太阳183亿公里,相当于日地距离的122倍,那里受到的太阳引力更小,所需的逃逸速度也会更小,16.7公里/秒的速度是指在地球上发射飞行器所需的速度。

第四宇宙速度

比太阳系更大的宇宙结构是银河系,我们的星系包含了数以亿计的恒星。在银河系中所有天体以及暗物质引力的共同作用下,天体都会绕着银河系的引力中心——银心不断旋转,天体都被束缚在银河系内。那么,第四宇宙速度就是指地球上的物体无动力飞出银河系所需的速度。

虽然我们很容易精确算出第一、第二和第三宇宙速度,但目前无法精确算出第四宇宙速。由于我们现在还无法离开银河系,所以我们无法精确测出银河系的尺寸,也无法知道银河系的确切质量,所以第四宇宙速度无法被精确计算出来。

但根据相关估算,第四宇宙速度非常快,估计可达550公里/秒。即便能够飞出太阳系的星际飞船,它们的速度也远不足以摆脱银河系的引力束缚,所以它们也只会像恒星那样环绕银心旋转。

超高速恒星

目前,天文学家观测到了一种特殊的天体能够飞出银河系,这就是超高速恒星。正常情况下,恒星会被银河系的强大引力束缚住。但如果多恒星系统被破坏掉,例如,靠近黑洞时有恒星被吞噬掉,或者有恒星发生超新星爆发,这会导致其中的伴星获得极高的速度——每秒超过1000公里。这些超高速恒星能够飞出银河系,成为游荡在星系际空间中的流浪恒星。