天下武功,唯快不破。在追求速度的道路上,人類從未止步,因為只有更高更快更強,人類才能突破世界的層層桎梏,達到更高的文明等級。
在航天領(lǐng)域的速度方面,科學(xué)家們定義了6個級別的宇宙速度,每突破一級,科技水平就能邁向更高的層次,而且越往后就越難突破。
下面就讓我們來了解一下這六大宇宙速度。
1,第一宇宙速度
第一宇宙速度又被叫做環(huán)繞速度,它是航天器圍繞地球表面做圓周運動時的速度,7.9千米每秒。
第一宇宙速度既是航天器從地球表面突破地球引力限制飛向太空,成為環(huán)繞地球運行的人造衛(wèi)星所需要的最小發(fā)射速度;又是航天器繞著地球公轉(zhuǎn)時的最大運行速度。所以說,天上的衛(wèi)星在絕大多數(shù)時運行速度都低于第一宇宙速度,且離地面越高、運行速度越慢。當衛(wèi)星速度超過第一宇宙速度時,軌道就會由圓周變?yōu)闄E圓;速度越大,軌道也就越扁。
這一數(shù)值的大小和地球的質(zhì)量和半徑有關(guān)。地球的平均半徑為6371千米,重力加速度為9.8米/秒。根據(jù)萬有引力定律和牛頓第二定律,很輕松就可以推導(dǎo)出第一宇宙速度的數(shù)值大小。
2,第二宇宙速度
第二宇宙速度是航天器徹底擺脫地球引力的束縛飛向行星際空間,成為環(huán)繞太陽公轉(zhuǎn)的人造天體,所需要的最小速度,11.2千米每秒。
這一速度又叫做逃逸速度,由于質(zhì)量不同,所以每個星球表面的逃逸速度都不相同。一般質(zhì)量越大,逃逸速度也就越大。此外,逃逸速度還取決于物體與星球中心的距離。距離越近,逃逸速度越大。太陽由于質(zhì)量巨大,表面的逃逸速度就高達617.7公里/秒。如果是黑洞,其表面的逃逸速度已經(jīng)超過了光速,因此就算是光也不能從黑洞表面逃脫。
能夠擺脫引力束縛,并不代表不受引力影響,因為引力是一個長程力,作用于無限遠點。理論上來說,無論距離引力源有多遠,引力就都不會消失,只是引力的影響會變得極弱。
3,第三宇宙速度
第三宇宙速度又被叫做脫離速度,它是航天器從地球軌道起飛,掙脫太陽引力,飛出太陽系所需要的最小速度,16.7千米每秒。
地球的公轉(zhuǎn)線速度約30千米每秒,如果不考慮地球的公轉(zhuǎn)線速度,也就是沒有地球的助力,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。
在借助行星引力進行加速的情況下,目前人類發(fā)射的飛向太陽系之外的探測器的速度已經(jīng)超過了第三宇宙速度,比如旅行者1號探測器、新視野號探測器。
上面這三大宇宙速度都是公認的且擁有非常精確的數(shù)值的宇宙速度。
下面再來說說剩下的三大宇宙速度,以下這幾個宇宙速度都是估計值。
4,第四宇宙速度
太陽系是一個恒星系統(tǒng),太陽只是銀河系中上千億顆恒星中的其中一顆恒星。當航天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內(nèi)的恒星際空間,此時天體之間的距離會以光年計數(shù)。
地球繞著太陽轉(zhuǎn),太陽則拉著地球一起繞著銀河系中心公轉(zhuǎn)。如果從太陽公轉(zhuǎn)軌道起飛,那么航天器要擺脫銀河系的引力,進入星系際空間,所需要的最小速度必須要達到110~120千米每秒。如果充分利用太陽系的線速度以及地球的線速度,最低航行速度可減小為82km/s。
這一速度是根據(jù)銀河系的質(zhì)量和直徑計算出的,由于這兩個數(shù)據(jù)目前都不確定,所以第四宇宙速度自始至終都只是一個估算值。就拿銀河系的直徑來說,目前只能確定它大約在10萬光年以上,具體有多大還不清楚。
目前人類運行速度最快的探測器是帕克太陽探測器,它在近日點時的運行速度可以達到200多公里每秒,已經(jīng)遠超第四宇宙速度。不過這并不值得驕傲,因為這只是太陽引力加速的結(jié)果。
僅憑化學(xué)燃料作為工質(zhì)進行推進,最多只能將飛船加速到20千米每秒,已經(jīng)難以沖破這樣的速度限制,需要新的推進技術(shù)。
5,第五宇宙速度
在廣袤無垠的宇宙中,銀河系只是億萬星系中的一個。銀河系、仙女座星系以及若干個比較小的大約50個星系,在萬有引力的作用下共同構(gòu)成了本星系群(室女座星系群),形成了更高一級的結(jié)構(gòu)。
本星系群的跨度高達1,000萬光年,要想擺脫本星系群的引力束縛,根據(jù)科學(xué)家的估計,航天器的速度至少要達到2000千米每秒。
6,第六宇宙速度
宇宙真的很大,可觀測宇宙的直徑大約有920億光年。本星系群及附近的大約100個星系團和星系群共同構(gòu)成了本超星系團(室女座超星系團)。該天體結(jié)構(gòu)的跨度更是達到了1.1億光年、甚至2億光年。
要想擺脫本超星系團的引力束縛,航天器飛行速度估計要達到上萬公里每秒,已經(jīng)比較接近光速了。
2014年的時候,科學(xué)家為超星系團給出了新的定義,在此定義之下,室女座超星系團只是拉尼亞凱亞超星系團的一部分。拉尼亞凱亞超星系團內(nèi)包含約10萬個星系,范圍達到了5.2億光年。
如果用拉尼亞凱亞超星系團取代室女座超星系團的位置,第六宇宙速度的數(shù)值只會更大。
有第七宇宙速度嗎?
整個宇宙中的物質(zhì)在引力的作用下形成了各種天體,并因為天體間的引力相互作用,而演化出一層一層的結(jié)構(gòu)。
目前宇宙中已知的最大結(jié)構(gòu)是大尺度纖維狀結(jié)構(gòu),這是由超星系團這種纖維編織而成的網(wǎng),網(wǎng)的內(nèi)部存在著一些空洞,目前來看空無一物,或許存在暗物質(zhì)。那種比較明顯的纖維狀結(jié)構(gòu),又被叫做宇宙長城,著名的比如史隆長城,長達13.7億光年。
如果要定義第七宇宙速度,或許要以整個可觀測宇宙為基礎(chǔ)來進行定義。如果真的存在第七宇宙速度,那么它就是脫離這個宇宙所需要的最小速度,可這個速度究竟是多少,沒人知道,可以肯定的是必然要超光速。
可根據(jù)目前人類對宇宙的認知,整個宇宙包含了所有時間、空間及一切物質(zhì)。其小無內(nèi),其大無外,宇宙包含一切,討論宇宙之外是沒有意義的。從這個角度而言,第七宇宙速度是不存在的。
不過,有科學(xué)家幻想,宇宙中可能還存在著若干甚至無限個宇宙,它們或許完全相同,又或者擁有各自不同的運轉(zhuǎn)規(guī)律,有的大,有的小。
要想突破宇宙的限制,速度必然要超過光速??筛鶕?jù)現(xiàn)有的理論,不管是啥航天器,它的實際運動速度都不可能達到光速,因為將一個有質(zhì)量的物體加速的光速,將需要無窮多的能量?;蛘哒f耗盡整個宇宙的能量也不可能將一個小小的電子加速到光速,因為它有質(zhì)量。
要想突破這一層面的限制,可能需要另尋他法,比如蟲洞。有科學(xué)家推測,如果真的存在蟲洞,它或許是連接宇宙中不同時空的通道,又或者是連接不同宇宙的通道。
聯(lián)系客服