【宇宙科普】第一宇宙速度到第六宇宙速度,分別有多快?有沒有第七宇宙速度?

薛定諤的貓 2021/08/21 檢舉 我要評論
 

哇!真的第一次見哎,知識不會,衹是姿勢不對;科學凡此種種,用人話講才能聽懂

文/天空之城團隊

 

從第一宇宙速度到第六宇宙速度,一個比一個快,為了方便理解,我們不妨來進行一個思想實驗,來看看它們分別有多快。

假如我們在山頂向著水準方向發射一枚炮彈,接下來,這枚炮彈會因為慣性而具備水準方向的速度,與此同時,它也會在地球引力的作用下向地面墜落,於是這枚炮彈就會飛出一段距離後落到地面上。很明顯,炮彈發射時的速度越快,它在空中飛行的距離就越遠。

由於地球是圓的,地面在整體上存在著一個曲率,因此遠處的地平面會相對我們當前的水平面出現「下降」,距離越遠,地平面就「下降」得越明顯。

這樣就會造成一種現象,那就是當某一枚炮彈的速度達到一個值時,那麼它在飛出一段距離後,其飛行高度會因為地球的引力而下降1公分,與此同時,在這個位置上的地平面也會因為地球的曲率而剛好「下降」1公分,於是這枚炮彈就會一直圍繞著地球轉圈,而不會掉到地面上(注:由於是思想實驗,因此我們不必考慮其它阻力)。

這種速度就是第一宇宙速度,其值約為7.9千米/秒,在此基礎上,假如我們繼續增加炮彈的發射速度,那麼炮彈環繞地球的運行軌道就會變成橢圓形,炮彈的速度越快,這種橢圓形軌道就越狹長,當速度達到11.2千米/秒時,我們發射的炮彈就可以擺脫地球的引力場,進而飛向宇宙深空,這種速度就是第二宇宙速度。

由於太陽引力的束縛,即使我們發射的炮彈達到了第二宇宙速度,也只能圍繞著太陽公轉,而想要飛出太陽系,炮彈的速度就至少要達到16.7千米/秒,這就是第三宇宙速度。

需要注意的是,以上三種宇宙速度都是確定的,從第四宇宙速度開始,就只有估計值了。太陽系的上一級結構是銀河系,假如我們在地球上發射的炮彈,其速度剛好可以使自己憑藉慣性擺脫銀河系的引力場,那麼它此時的速度就是第四宇宙速度。

我們可以根據銀河系的質量和直徑來計算出第四宇宙速度,以目前的觀測資料來計算,這個速度的估計值為110千米/秒至120千米/秒。通過同樣的方法,我們也可以計算出更高級別的宇宙速度。

第五宇宙速度對應的是本星系群,這是一個由銀河系、仙女座星系、三角星系等大約50個星系構成的宇宙結構,其總體質量約為太陽質量的6.5 x 10^13倍(65萬億倍),直徑可達1000萬光年,科學家據此計算出,第五宇宙速度大約為每秒鐘2000千米左右。

關於第六宇宙速度,目前並沒有確定的定義,一般認為,第六宇宙速度對應的是本超星系團(也稱室女座超星系團)。

觀測資料顯示,我們所在的本星系群與附近的大約100個星系團和星系群一起構成了本超星系團,其總體質量大約是太陽質量的10^16倍(1億億倍),直徑可達1.1億光年,照這樣計算,第六宇宙速度就已經接近光速了。

也就是說,假如我們在地球上發射一枚速度接近光速的炮彈,那麼在接下來的時間裡,這枚炮彈就可以憑藉慣性擺脫本超星系團的引力場,然後「揚長而去」,當然了,這需要很長很長的時間。

看到這裡,相信大家都會好奇,既然從第一宇宙速度到第六宇宙速度,一個比一個快,那有沒有第七宇宙速度呢?

從理論上來講,第七宇宙速度對應的應該是「可觀測宇宙」,這是一個以地球為中心、直徑約為920億光年的球體空間,也是我們人類在宇宙中能夠觀測到的極限范圍。

雖然我們目前對「可觀測宇宙」的瞭解還遠遠不夠,但是有一點可以肯定的是,第七宇宙速度必定會超過光速,而從已知的物理規律來看,任何具有靜止質量的物體都不可能被加速到光速,更不用說超光速了,因此可以說,第七宇宙速度只是一個理論值,在人類研究出超光速飛行技術之前,這並沒有實際討論的意義。

 

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