第六宇宙速度有多可怕?人類在第三宇宙速度掙扎,后面想都不敢想

网瘾少女 2022/11/02 檢舉 我要評論

什麼是宇宙速度?簡單來說,宇宙速度就是從地球表面向宇宙空間發射人造地球衛星、行星際和恒星際飛行器所需的最低速度。

為什麼存在一個最低速度呢?因為牛頓的萬有引力在作怪。由于萬有引力的存在,人造飛行器要想圍繞地球運行或者飛出地球、飛出太陽系、甚至飛出銀河系,就必須先擺脫地球引力、太陽引力和銀河系引力的束縛。而要想擺脫這些引力,就必須擁有一個足夠高的飛行速度。

以人造地球衛星圍繞地球運行為例,如果人造地球衛星的速度不夠高,那麼它就無法擺脫地球引力,就會墜落到地面上。但是,如果速度太高了也不行,速度太高了它就會飛出繞地軌道。

對于天文愛好者來說,可能大部分人都聽說過第一宇宙速度、第二宇宙速度和第三宇宙速度。

第一宇宙速度是人造飛行器圍繞地球表面作圓周運動時的速度。地球表面的赤道半徑R=6378千米,重力加速度為9.8米/秒。根據萬有引力定律和牛頓第二定律的公式,可以計算出第一宇宙速度的值為7.9千米每秒。

當人造飛行器發射速度超過第一宇宙速度時,軌道就會由圓周變為橢圓。速度越大,軌道也就越扁。

當人造飛行器超過第一宇宙速度并達到一定的值時,它就會脫離地球的引力場而成為圍繞太陽運行的人造行星,這個速度就叫做第二宇宙速度,也被稱為逃逸速度。實際上,每個天體都有自己的逃逸速度,這與天體的質量和半徑有關。

所謂「擺脫地球束縛」,就是幾乎不受地球引力的影響,這與處于離地球無窮遠點的位置的情況等價。第二宇宙速度的值為11.2千米每秒。

不過,我們需要注意的是,由于月球還沒有超出地球引力的范圍,所以從地面上發射探月航天器是不需要達到第二宇宙速度的,只要它的初始速度不小于10.848千米每秒就可以。

如果一個人造飛行器想要沖出太陽系,飛到浩瀚的銀河系中去漫游,那麼它就需要達到16.7千米每秒的速度,這個速度就被稱為第三宇宙速度。

需要注意的是,16.7千米每秒是選擇飛行器入軌速度與地球公轉速度方向一致時計算出的值。如果它們的方向不一致,該飛行器所需速度就要大于16.7千米每秒了。如果沒有地球的助力,直接從地球軌道處擺脫太陽的引力,所需要的實際速度為42.1公里每秒。

可以說,飛行器的速度是掙脫地球乃至太陽引力的唯一要素,只有多級火箭的工質發動機才能突破第三宇宙速度。

對于人類來說,讓人造飛行器達到第三宇宙速度已經是當今科技的極限了。上世紀七十年代,人類向太空發射了兩個人造飛行器,分別是旅行者1號和旅行者2號,科學家希望它們能夠沖出太陽系,飛向浩瀚的宇宙中去。

然而,直接在地球上發射是無法沖出太陽系的,所以旅行者號探測器巧妙地利用了木星作為引力彈弓,來給自己進行提速才勉強達到第三宇宙速度,這項技術也被認為是未來人類離開太陽系的必要手段。

當人造飛行器突破第三宇宙速度飛出太陽系后,就會進入廣袤無垠的銀河系,此時天體之間的距離會以光年計數。我們還是以旅行者號探測器為例,假如該探測器足夠幸運,有朝一日飛到了銀河系的邊緣,那麼它要想擺脫銀河系引力的束縛,飛出銀河系,就需要用到第四宇宙速度。

由于人類對銀河系所知甚少,銀河系的質量以及半徑等無法取值,所以科學家還無法給出第四宇宙速度的精確數值。不過,在銀河內絕的大部分地方,第四宇宙速度的值約為110-120千米每秒。如果人類能夠充分利用太陽系圍繞銀心的轉速,那麼第四宇宙速度的值可以降到大約82千米每秒。

飛出銀河系之后,旅行者號探測器的下一個目的地將是本星系群。根據上面的類推,第五宇宙速度就是指人造飛行器從地球上發射,飛出本星系群所需的最小速度。本星系群中的全部星系覆蓋一塊直徑大約1000萬光年的區域,據此計算,第五宇宙速度的值約為1500-2250千米每秒。

在本星系群之外,則是更為廣大的拉尼亞凱亞超星系團,該超星系團的直徑達到5.2億光年。人造飛行器要想擺脫拉尼亞凱亞超星系團的引力束縛,就需要達到第六宇宙速度。在不需要考慮能源消耗等一系列復雜條件的影響下,第六宇宙速度的值很可能接近光速(299792.458千米每秒)。

拉尼亞凱亞超星系團的上一層尺度是可見宇宙,可見宇宙的上一層還有不可見宇宙。所以從理論上來說,除了六大宇宙速度之外還應該有第七宇宙速度、第八宇宙速度。

不過對于人類來說,第三宇宙速度之外的其他宇宙速度都太過遙遠了!目前人類還只能在第三宇宙速度掙扎徘徊,而且以人類目前的科技水平和發展趨勢來看,我們根本看不到人類達到第四宇宙速度、飛出銀河系的希望。

除非現代理論物理學中的蟲洞穿越等技術實現突破。

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