什麼是第四宇宙速度?推測每秒320公里到525公里以上,目前很雞肋

网瘾少女 2022/10/25 檢舉 我要評論

生活中有很多東西看似快如閃電。比如:風馳電掣的賽車、快速出膛的子彈等。然而這些速度如果放在浩瀚無比的宇宙空間來講,就顯得微不足道了。

我們都知道第一、第二、第三宇宙速度,其實在此之上,更有鮮為人知的第四、第五宇宙速度。這又是怎麼一回事呢?今天我們就來一場極限之旅,一起看一看宇宙中的玩命關頭。

第一宇宙速度

要使一個物體離開地球,必須沿著地球引力相反的方向對它加力,也就是讓物體向上作加速運動,當它達到一定速度時停止加力,它就能以慣性一直向前脫離地球。

但如果沖出地球的速度不夠大,物體只能因為慣性環繞地球旋轉,這一速度就被稱為第一宇宙速度,又被稱為 航天器最小發射速度、航天器最大運行速度、環繞速度

也就是說物體并沒有完全擺脫地球引力場的限制。這一速度大概是每秒7.9公里,我們熟知的人造衛星的發射速度、航天器圍繞地球公轉的運行速度,都是第一宇宙速度。

第二宇宙速度

而要想擺脫地球重力場的束縛,就需要全面提速。這就需要第二宇宙速度,又稱 逃逸速度。它一般被描述為擺脫一個重力場引力束縛時,飛離重力場時所需的最低速度。在地球上為每秒11.2公里。

根據萬有引力定律。如果物體恰好逃離地球時速度為0,逃離地球后最終它會到達離地球無限遠處。

換句話說, 假設太空船的飛行沒有阻力,那麼只要它在初始時刻達到第二宇宙速度,那麼就能保證它能夠逃離地球并最終到達離地球無限遠處,在初始時刻之后并不需要繼續提供任何能量。

這多節約人們探索宇宙的飛行成本啊!然而真要是那麼簡單就好了,因為地球表面有稠密的大氣層,飛船飛行有阻力,人們很難初始就以這麼高的速度起飛。所以目前的航天器都是先離開大氣層,再完成加速脫離地球軌道的。

當然了,各個星球因為大小、質量、引力強度不同,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公里的速度前進,就很容易擺脫月球重力場的限制。

太陽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,太陽的逃逸速度就高的可怕了,至少需要一秒600多公里的速度才能離開,這一數字是子彈速度的600倍,是音速的1700倍。

當然,宇宙中逃逸速度最大的自然是黑洞,它強大的重力場,就連光也無法從中逃出,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,就需要最終能夠脫離恒星系引力范圍所需要的速度了,對于地球,則是 從地球表面出發,最終脫離太陽引力范圍所需的速度。

地球的第三宇宙速度約為16.7 km/s。目前人類發射的航天器,只有旅行者1號。

它于1977年9月5日發射,到了2012年8月25日,達到第三宇宙速度,成為第一個穿越太陽圈并進入星際介質的宇宙飛船。然而,旅行者1號能夠達到這個速度,也不是通過燃料推進造成的,而是利用了行星的重力助推效應。

重力助推效應,也稱重力彈弓效應。當飛行器靠近行星時,它會被行星的引力猛地拉了一把。這就好比一個彈弓拉緊的過程。飛行器也會給行星一個引力影響,直接產生的運動效果就像飛行器被行星反彈出去一樣。

如果在此時點燃火箭助推器,飛行器就能被推進得更遠,而且運行速度越快,動能也就越大。行者1號在經過木星和土星時都進行了兩次重力助推,從而才能獲得足以完全擺脫太陽引力的動能。

第四宇宙速度,為什麼沒人提?

比第三宇宙速度更快的,就是人類尚未達到的第四宇宙速度了。它是指從地球上發射的飛行器能夠擺脫銀河系的引力束縛,飛出銀河系所需的最小初始速度。

初步推算約為每秒110到120公里,但由于人類目前無法知道銀河系的準確大小與質量,更何況還有潛在存在的暗物質,所以這一數字也遭到了很多天文學家的質疑。

有的科學家認為第四宇宙速度應該在每秒320公里到525公里以上。但不管哪種結果, 目前人類沒有一種航天器能夠達到如此驚人的速度,所以短期內,第四宇宙速度對人類來說意義不大。

要想突破速度的瓶頸,就必須采用全新的推進技術。比如NASA最新言之的帕克太陽探測器,它的最快運動速度就達到了每秒200公里。

但它之所以那麼快,是因為在接近太陽的過程中被太陽的引力所加速,越來越快了。目前憑人類的加速技術根本達不到。要想達到第四宇宙速度就需要不斷地加速,所需要用到的燃料是驚人的,這是人類還辦不到的。

退一步說,即使達到了第四宇宙速度,想要飛出銀河系仍是難上加難,想想旅行者號飛出太陽系還用了45年的時間。即使達到了光速,飛出太陽系也需要一年的時間,銀河系更大,直徑推測得有100,000至180,000光年,就算是光也要走至少100000年。

而第四宇宙速度相比于光速來說,就像是慢慢爬行的蝸牛,飛出銀河系也需要上億年,到那時,人類還存不存在都是個問題了!

數值不精確、應用不廣泛、所以目前第四宇宙速度很少被人提起。

第五、第六宇宙速度,人類對宇宙的探索,永無止境……

除此之外,還有第五、第六宇宙速度,目前都僅僅是個概念。

第五宇宙速度指的是航天器從地球發射,飛出本星系群的最小速度。由于本星系群的半徑、質量均未有足夠精確的數據,所以無法估計數據大小。

第六宇宙速度是指在地球上以這一速度發射飛船,即可脫離本超星系團引力的速度,由于本超星系團的直徑約在1~2億光年之間,在不需要考慮科技以及能源消耗等一系列客觀條件的影響下,理論上需要接近光速才有可能飛離。

因此這兩種速度目前聽起來更像是科幻小說的產物,沒有什麼實際應用價值。

也有不少人好奇, 如果我們有一天航天器真的能夠接近光速了,會發生什麼呢?

愛因斯坦的相對論告訴我們,任何物體的最大速度都不能超過光速,當物體運動接近光速時,沿著運動方向測量的長度會變短,時鐘則越走越慢。

如果一個孩子騎著腳踏車以光速向你駛來,你會發現他的身體和車子看起來都是窄窄瘦瘦的,而且越騎越窄。踏板和轉軸并非保持著相同距離,而是忽長忽短,他的鞋子,竟然也是忽長忽短,這一切簡直就像在變魔術。

而當他剎車停下的一瞬間,他的身體居然突然變胖了,不僅如此,他的時間也變慢了,當我們外面過了一年甚至幾年、幾十年的時光,對于騎著腳踏車的小男孩來說,也僅僅剛剛過去了不久而已。

當然,這一切,僅僅是愛因斯坦相對論中的推論。究竟事實的真相如何呢?還有待科技的進步為我們找尋答案!

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