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宇宙速度
宇宙速度有多快?在日常生活中經常會提到「三大宇宙速度」,為什麼很少有人提起第四宇宙速度,第四宇宙速度又有多快呢?是否存在第五宇宙速度或者第六宇宙速度呢?
「宇宙速度」是脫離某個天體引力範圍所需的最小速度,比如第一宇宙速度是某個物體圍繞地球做勻速的圓周運動時的速度,一個物體進入軌道後,只要這個物體具備的速度是第一宇宙速度,不需要再加速或增加動力就可以圍繞地球進行勻速運動,第二宇宙速度才是脫離地球引力進入宇宙空間需要的速度。
關於宇宙速度的研究要從1519年9月20日說起,在這一天麥哲倫率領著他的探險船隊出發,開始了第一次環球航行,在當時人們普遍認為大陸是平坦的,而海洋的盡頭是無盡的深淵,而麥哲倫在經歷了1082天的航行後證明了一件事:地球是圓球形的。
這一次航行的代價很大,麥哲倫本人死在了航行中,5艘遠洋海船隻剩下1一艘,出發時一共船員200多名,最後只剩下了18人。但是這一次航行的意義無比重要,打破了地平論對世人的思想桎梏,也促使了天文學的發展,推動了科學的整體進步。
麥哲倫的航行證明了地球是一個圓球,打破了「地平論」的觀點後,促進了力學的發展,也為牛頓發現萬有引力掃平了障礙。引力的概念對於人類的航天探索十分重要,是人類探索研究宇宙中天體運動必不可少的關鍵理論,隨著物理學的發展,愛因斯坦在相對論給了引力一個全新的定義「時空彎曲」。
人類想要離開地球,需要面對的最大難題就是地球的重力,只有具備一定的速度後,才可以擺脫引力的限制,拋開第一宇宙速度和第二宇宙速度這兩個離開地球的宇宙速度,第三宇宙速度就變得重要了,想要從地球出發並且離開太陽系,必須達到第三宇宙速度16.7千米/秒。
一個物體達到第二宇宙速度離開地球後,這個物體仍然會受到太陽引力的影響,只有實現第三宇宙速度後,才能離開太陽系,目前人類已經可以實現第三宇宙速度,但是現在人類還無法離開太陽系,因為太陽系的範圍要比我們想像的大很多,就算一直保持第三宇宙速度也需要十分漫長的時間才能離開太陽系,在離開太陽系後仍然需要走上很遠才能抵達其他恆星系。
可能很多人已經猜到了,第四宇宙速度就是離開銀河系需要的速度,如果你從地球出發,想要離開銀河系,你需要保持大約550km/s的速度才行,第四宇宙速度的數據並不準確,因為銀河系的範圍很大,人類的計算可能會存在許多誤差。
目前人類還無法實現第四宇宙速度,銀河系的直徑高達20萬光年,在銀河系中存在數千億顆恆星,太陽系處於銀河系比較邊緣的地帶,想要從地球出發並且離開太陽系,需要極其漫長的時間,僅憑第四宇宙速度是遠遠不夠的,就算是亞光速飛船,離開銀河系的時間可能也要超過整個人類文明的歷史。
在未來很長很長一段時間內,人類都不可能離開銀河系,所以第四宇宙速度的意義不大,「第五宇宙速度」和「第六宇宙速度」都是存在的,離開「本星系群」的速度就是第五宇宙速度,而離開「本超星系團」的速度就是第六宇宙速度。
本星系群是由包括銀河系在內的50個星系組成的天體結構,本星系群大約包含了1000萬光年範圍的宇宙空間,在本星系群中,最大的兩個星系是銀河系和仙女座星系,這兩個星系會在45億年後發生碰撞,最終合併成一個大型星系。
本星系群也只是「本超星系團」的一部分,銀河系所在的超星系團被稱為「室女座超星系團」,在這個超星系團內,大約有100和本星系群類似的星系群存在,整個超星團覆蓋了1.1億光年的宇宙空間,「第六宇宙速度」就是離開這個超星團所需要的速度。
從理論上來看,想要離開本超星團所需的速度已經接近光速,這還是不考慮能源等問題的情況下,「本超星團」是「拉尼亞凱亞超星系團」的一部分,再向上還存在更加廣闊的「雙魚-鯨魚座超星系團複合體」,這個複合體星團的長度大約有10億光年,也就是說還存在「第七宇宙速度」「第八宇宙速度」等宇宙速度。
地球之外是太陽系,太陽系之外是銀河系,銀河系之外還存在著更加璀璨的浩瀚星海,目前人類發現的最大天體結構是「武仙-北冕座長城」,這個超級宇宙長城的長度達到了驚人的100億光年。
對於目前的人類來說,第一宇宙速度和第二宇宙速度十分重要,而第三宇宙速度和第四宇宙速度的用處不大,第五第六宇宙速度更是無法計算。