人们经常提到第三宇宙速度,为何很少提到第四宇宙速度?

百科   2024-12-16 16:32   辽宁  

浅谈一下,为何第四宇宙速度在现阶段对人类科学技术来说,显得有些微不足道,形象地说:宛如鸡肋,食之无味弃之亦可惜。

何出此言?让我们先对宇宙速度的概念有个大致的了解。

所谓的第一宇宙速度:就是说,一个物体想要环绕地球不停旋转,需要的最低飞翔速率,准确数字是7.9千米每秒。

任何物体想要与地球同步绕行,就得达到这个速度,只有这样,它才不会被地球的引力拉回地面。注意,这个7.9千米每秒是理论计算值,实际上,地球轨道上的卫星速度会略微低于这个数值。

这个道理很浅显,计算7.9千米每秒这个数值的前提是物体紧贴地面飞行,然而实际上没有任何卫星会这么做。因为贴近地面的大气层十分稠密,要让卫星环绕地球飞行,它的最低轨道高度也得在百公里开外。

随着高度的增加,地球的引力随之减弱,环绕速度也会有所下降,不过下降幅度并不大,大约在7.8千米每秒左右。

第二宇宙速度:它的数值是11.2千米每秒。

在地球参照系下,当一个物体的速度达到11.2千米每秒,就能摆脱地球的引力束缚,成为太阳系的一颗小“行星”,所以也被称为脱离地球引力的速度。

若人类想把探测器发射到其它星球,就必须让速度超越这个数值,但有一个例外,那就是月球。因为月球在地球引力的范围之内,是地球的一颗卫星。飞向月球的探测器速度仅需10.8千米每秒即可。

第三宇宙速度:这个数字是16.7千米每秒,意味着逃离太阳系所需的最快速度。

达到这个速度,就能挣脱太阳系的引力束缚,飞出太阳系,开始环绕银河系的旅途。这速度可以理解为一个物体从无限远处冲向太阳,最终在太阳表面的速度。当然,这也是一种理想状态下的假设。

人类发射的探测器中,达到或超过第三宇宙速度的寥寥无几,其中一个著名的例子就是美国NASA在20世纪70年代发射的旅行者一号,现已进入太阳系外层,但要飞出太阳系,还需上万年的时日。

那么,第四宇宙速度究竟应该是多少呢?又该如何定义?

所谓第四宇宙速度,是指要逃离银河系所需的速度。根据牛顿的万有引力理论,这个速度大约是120千米每秒,达到这个速度,就能飞出我们的银河家园。

但实际上,这个速度的说服力并不强,也没有得到科学界的广泛认可。为什么呢?

因为逃逸速度主要与被逃逸天体的质量相关。银河系的直径至少有20万光年,其总质量究竟有多大,科学界并没有确切的答案。

同时,考虑到科学家尚未完全掌握的暗物质和暗能量,计算银河系的总质量无疑是难上加难!

而120公里每秒的第四速度,不过是根据牛顿万有引力理论的一个推算值,在银河系广阔无垠的宇宙空间中,万有引力的计算误差是不可忽视的。

还有,就目前人类所使用的化学能源来说,根本无法达到120公里每秒的速度,除非能源方式发生彻底变革(比如使用核聚变推进系统),否则传统化学能源绝不可能触及这个速度,其效率实在是太低了。

实际上,除了第四宇宙速度,还有第五、第六宇宙速度,但这两个速度的说服力就更低了。第五宇宙速度是逃离本星系群的最低速度,大约2000千米每秒;而第六宇宙速度则是逃离本超星系团的最低速度,这个速度接近光速。

当然,考虑到银河系、本星系群以及本超星系团的庞大无比,即使达到了逃逸速度,想要真正逃离也是几乎不可能的。以120公里每秒的速度穿越20万光年的距离,可谓难于上青天!

有人或许会想,那逃离宇宙的速度又是多少呢?这就更加超乎科幻了。难道超越光速就能逃离宇宙吗?也许吧,但这已经超出了科学讨论的范畴,科学也不认可超过光速(绝对速度),我们只能通过间接方式实现“超光速”!

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