第四宇宙速度

其实宇宙速度的概念并不难理解,第一、第二、第三宇宙速度我们都很熟悉。

至于第四宇宙速度,很少提及。意味着摆脱银河系引力冲出银河系所需的最低速度。但是这个宇宙速度是很无味的,因为它的数值无法确定,甚至可以说这个数值对我们没有多大意义。到底是怎么回事?

宇宙的速度是怎么来的?

我们需要从第一个宇宙速度开始。传统说法是第一宇宙速度是周围速度。但是,我个人觉得这个说法不太好理解。我们可以从牛顿对万有引力定律的思考中理解。牛顿在他的《自然哲学的数学原理》一书中描述了他思考万有引力定律的方法,我们现在称之为牛顿大炮。

到底是怎么回事?假设我们有一门理想的大炮和一个理想的炮弹。

如果我把壳举到一定高度放开,壳就会自由落下,落到地上。

抛物线如果你用一门大炮打掉炮弹,让他们获得一定的初速,那么就是抛物线。

第一宇宙速度:如果我们让炮弹的速度在这个时候达到7.9km/s,那么炮弹就可以绕地球一周。

为什么会这样?我们可以考虑一下刚才的抛物线运动。实际上,在炮弹的运动过程中,地面几乎是不变的,但由于重力的作用,炮弹会有向地面坠落的趋势。

但是仔细想想,地球其实是一个曲面。所以,其实地面是向下弯曲的。之前落地的本质原因是地面的下落范围小于炮弹的下落范围。如果壳落到地面那么远,壳就永远不会落到地面,也就是绕地球做圆周运动。

所以我们把几乎依附于天体的圆周运动速度称为:第一宇宙速度。在地球上,速度达到7.9km/s就可以做到。

第二宇宙速度然而,如果我们在第一宇宙速度的基础上不断加速壳层,壳层可能会走一个更大的圈,但不一定能摆脱地球引力的羁绊。说白了,他们还在地球的势力范围内。

什么时候才能摆脱地球引力?

当速度达到一定水平,即第一宇宙速度的1,41倍时,此时就可以摆脱地球引力的羁绊。在地球上,速度为11.2km/s,也称为第二宇宙速度。

第三宇宙速度和第三宇宙速度也明白,他们要摆脱太阳的引力羁绊,离开太阳。速度是多少?求解基于万有引力定律,结果是16.7 km/s。

无论哪种宇宙速度,都与引力本身密切相关。

第四宇宙速度

我们对银河系的了解还不够,第四宇宙速度是让银河系脱离地球的最低速度。这意味着它将与银河系本身的质量有关。但是问题来了。我们无法确切知道银河系的边界在哪里。下面这张我们经常看到的银河系图,其实是用观测+模型+理论计算出来的。我们会发现银河系的半径在不断变化,银河系的恒星数量也在不断调整。这些变化和调整是基于更先进的观测技术。

更本质的原因是我们无法拍摄到它上面的银河系。这些指标无法确定,实际上也很难确定银河系的质量。

然而,这并不是最难做到的。毕竟以上都是我们在银河系能观察到的东西,但是有一种东西我们在银河系看不到,那就是暗物质,暗物质的含量相当大。就宇宙而言,暗物质的比例是已知物质的五倍以上。

换句话说,我们甚至无法知道暗物质在银河系中提供了多少引力。由于诸多不确定性,我们很难从地球获得脱离银河系引力所需的最小速度,因此无法确定第四宇宙的速度,变得非常无味。

没有实际指导意义。当然,让第四宇宙的速度更没有意义的是,目前的技术根本不足以让人类脱离银河系。人类的探测器几乎无法摆脱太阳的引力而离开太阳,人类对它们的控制几乎为零。太阳的大小相对于银河系来说只有一粒沙子那么小。银河系中像太阳这样的天体大约有1500亿到4000亿个,恒星系统不计其数。银河系半径几万光年,也就是跑几万年,对人类来说简直就是天文数字。怎样才能摆脱银河系的引力?

所以第四宇宙的速度根本不涉及实际使用。

基于以上两点,很少提到第四宇宙的速度。

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