太阳系|地球速度达30千米/秒，比第3宇宙速度快很多，为何没飞出太阳系？公转|航天器

文章图片

文章图片

文章图片
【太阳系|地球速度达30千米/秒，比第3宇宙速度快很多，为何没飞出太阳系？】数百年前，人类曾经认为地球就是宇宙的中心，日月星辰都在围绕着地球运动，后来人类才渐渐意识到这种观点太天真了。时至今日，我们早已知道地球只不过是太阳系中的一颗行星，它与太阳系中的众多天体一起围绕着太阳公转。
我们都知道，第1、第2和第3宇宙速度分别为7.9千米/秒、11.2千米/秒、16.7千米/秒，它们分别对应一个物体在仅凭自身惯性，并且不计阻力的情况下环绕地球运行、脱离地球引力场以及飞出太阳系所需的最低速度。
据此我们似乎可以认为，在围绕太阳公转的过程中，地球的运动速度应该比第3宇宙速度慢才对，然而实际情况却并非如此，因为现代科学早已确认，地球的公转速度大约为30千米/秒。所以问题就来了，地球速度达30千米/秒，比第3宇宙速度快很多，为何没飞出太阳系呢？
对于一个天体而言，当其附近的某个物体运动速度达到了一个特定的值，这个物体就可以脱离该天体的引力场，这个速度就被称为该天体的“逃逸速度” ，这可以通过一个简单的公式“V = 根号下（2GM/R）”来进行计算（公式中的G、M和R分别指引力常量、天体质量以及该物体与天体质心之间的距离）。
我们将地球质量（约5.965 x 10^24千克）、地球半径（约6371000米）代入上述公式，再将引力常量取值6.67 x 10^11 ，就可以计算出地球表面的逃逸速度约为11.2千米/秒，可以看到，这其实就是我们常说的第2宇宙速度。
利用同样的方法，我们也可以根据太阳质量（约1.989 x 10^30千克）、日地平均距离（约1.5 x 10^11米）计算出，在地球的位置上，物体相对太阳的逃逸速度约为42.2千米/秒。
也就是说，地球的运行速度必须要达到42.2千米/秒，才可以脱离太阳的引力场，进而飞出太阳系，显而易见的是，由于地球的速度只有30千米/秒，远低于太阳的逃逸速度，因此“地球没有飞出太阳系”这种现象也就是理所当然了。
那为什么第3宇宙速度只有16.7千米/秒呢？其实第3宇宙速度指的是，地球表面的物体在仅凭自身惯性，并且不计阻力的情况下飞出太阳系所需的最低速度，也就是说，第3宇宙速度是以地球作为静止参照系的。
地球30千米/秒的公转速度，是以太阳作为静止参照系，这就意味着，假如我们在地球表面沿着地球公转方向发射航天器，就可以借助到地球的公转速度，在此基础上，只需要再增加12.2千米/秒的速度，航天器就可以达到太阳的逃逸速度42.2千米/秒，进而飞出太阳系。
然而12.2千米/秒并不是第3宇宙速度，这是因为航天器还必须克服地球的引力束缚。从能量的角度来讲，从地球表面发射的航天器飞出太阳系需要的最低动能，其实就是地球表面的逃逸速度（也就是第2宇宙速度11.2千米/秒）所对应的动能，再加上12.2千米/秒的速度（即地球公转速度与太阳逃逸速度的差值）所对应的动能。
我们知道，物体的动能与其运动速度的平方成正比，这里我们将地球的逃逸速度记作V ，将地球公转速度与太阳逃逸速度的差值记作ΔV ，就可以得到，从地球表面发射的航天器飞出太阳系需要的动能所对应的速度 = 根号下（V^2 + ΔV^2）。
简单计算后就可以得出，这个速度约为16.56千米/秒，其实这就是第3宇宙速度，至于为什么不是16.7千米/秒，其实是因为我们取值的精度问题，实际上，在上述的计算过程中，假如我们将地球的公转速度取值为更精确一点的29.8千米/秒，就可以得到“16.7千米/秒”这个近似结果。
总而言之，因为地球的公转速度是相对于太阳而言，而第3宇宙速度是相对于地球而言，所以我们不能将这两种速度进行直接比较。
好了，今天我们就先讲到这里，欢迎大家关注我们，我们下次再见。
（本文部分图片来自网络，如有侵权请与作者联系删除）