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第一到第六宇宙速度,一個比一個快,那有沒有第七宇宙速度?
2021/11/10
2021/11/10

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。

在航太領域的速度方面,科學家們定義了6個級別的宇宙速度,每突破一級,科技水準就能邁向更高的層次,而且越往後就越難突破。

下面就讓我們來瞭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,成為環繞地球運行的人造衛星所需要的最小發射速度;又是航天器繞著地球公轉時的最大運行速度。所以說,天上的衛星在絕大多數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。當衛星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。

這一數值的大小和地球的質量和半徑有關。地球的平均半徑為6371千米,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,很輕鬆就可以推導出第一宇宙速度的數值大小。

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,成為環繞太陽公轉的人造天體,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,由于質量不同,所以每個星球表面的逃逸速度都不相同。一般質量越大,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,並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。

地球的公轉線速度約30千米每秒,如果不考慮地球的公轉線速度,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,目前人類發射的飛向太陽系之外的探測器的速度已經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,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後,就會進入廣袤無垠的銀河系內的恒星際空間,此時天體之間的距離會以光年計數。

地球繞著太陽轉,太陽則拉著地球一起繞著銀河系中心公轉。如果從太陽公轉軌道起飛,那麼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。

這一速度是根據銀河系的質量和直徑計算出的,由于這兩個資料目前都不確定,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派克太陽探測器,它在近日點時的運行速度可以達到200多公里每秒,已經遠超第四宇宙速度。不過這並不值得驕傲,因為這只是太陽引力加速的結果。

僅憑化學燃料作為工質進行推進,最多只能將飛船加速到20千米每秒,已經難以衝破這樣的速度限制,需要新的推進技術。

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成了本星系群(室女座星系群),形成了更高一級的結構。

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,根據科學家的估計,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成了本超星系團(室女座超星系團)。該天體結構的跨度更是達到了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,已經比較接近光速了。

2014年的時候,科學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,第六宇宙速度的數值只會更大。

有第七宇宙速度嗎?

整個宇宙中的物質在引力的作用下形成了各種天體,並因為天體間的引力相互作用,而演化出一層一層的結構。

目前宇宙中已知的最大結構是[大尺度]纖維狀結構,這是由超星系團這種纖維編織而成的網,網的內部存在著一些空洞,目前來看空無一物,或許存在暗物質。那種比較明顯的纖維狀結構,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來進行定義。如果真的存在第七宇宙速度,那麼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。其小無內,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規律,有的大,有的小。

要想突破宇宙的限制,速度必然要超過光速。可根據現有的理論,不管是啥航天器,它的實際運動速度都不可能達到光速,因為將一個有質量的物體加速的光速,將需要無窮多的能量。或者說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。

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