地球的公轉軌道速度大於第三宇宙速度,為什麼地球沒有飛離太陽?

2020-12-05 宇宙新思維

在回答這個問題之前先科普一下宇宙速度的概念。我們生活在地球上,地球上的任何物體都受到地球的引力不能隨便脫離地球;而地球處於太陽系,地球受到太陽的強大引力圍繞著太陽轉不能脫離太陽;而太陽系又處於銀河系,受到銀河系強大引力,圍繞著銀河系的中心天體轉動而不能脫離銀河系……。根據萬有引力定律,地球上的物體如果能像地球繞著太陽一樣也繞著地球轉的話,得需要一個初始速度,這個速度人們稱為「第一宇宙速度」V1,

飛行器環繞地球

利用引力剛好用作物體作圓周運動的向心力的原理即GMm/r=mⅤ1/r(G為萬有引力常數,M為地球質量,m為物體質量,r為物體到地心的距離,V1為物體運動速度,即所求的第一宇宙速度。),即V1=√GM/r,計算出這個第一宇宙速度大小為7.9公裡/秒。

物體從地面如果想脫離地球直接繞著太陽轉,所需的初始運動速度必須更大,這個速度的最小值被稱為「第二宇宙速度」V2,由於篇幅原因,這裡只給出公式和結果:V2=√2GM/R,即第二宇宙速度是同一軌道公轉速度(第一宇宙速度)的√2倍,即7.9x√2=11.2公裡/秒。

物體從地面如果想脫離太陽系直接繞銀河系中心轉,所需的最小初始運動速度叫作「第三宇宙速度」V3,利用動能公式求得V3=16.7公裡/秒。

地球表面的三個宇宙速度大小及軌道

同理物體從地面如果想脫離銀河系所需速度會更大,所需的最小初始運動速度被叫作「第四宇宙速度」,由於目前尚不知銀河系的準確大小,只能估計在525公裡/秒以上。好了,咱們回到題目來回答一下,地球公轉速度大於第三宇宙速度,為何沒有飛離太陽系?這有兩個原因。

第一個原因也是主要原因就是地球的公轉軌道速度並沒有達到逃離太陽所需的速度。

速度是相對的,必須有參照物才有意義。所謂的宇宙速度是個省略句,前面省略了「相對於地球」,我們常說的每秒為16.7公裡的第三宇宙速度(物體從地球出發沿著地球公轉方向逃離太陽系所需的初始速度)是以地球為參照物衡量的;我們知道地球的公轉速度為每秒29.8公裡,這個速度大小是以太陽質心為參照物衡量的;所以這個第三宇宙速度如果是以太陽質心為參照物來衡量,它的大小就是16.7+29.8=46.5公裡/秒,這個速度大於地球公轉速度。當然這個速度裡面包括了物體為擺脫地球引力所增加的速度,真正地球在其公轉軌道逃離太陽所需的初始速度為每秒42.1公裡(29.8x√2),而這個速度也大於29.8公裡/秒的地球公轉速度,所以地球飛離不了太陽。

第二個原因就是宇宙速度是個相對概念,它不是全宇宙通用的常量,物體從地球出發逃離太陽所需速度和地球本身逃離太陽所需速度是不同的。

也就是說相對於不同星球的宇宙速度是不同的。當然這個概念起初就是指從地球出發,要脫離天體重力場四個比較有代表性的初始速度的統稱。這就是狹義的宇宙速度。廣義的宇宙速度就是指從任何天體或宇宙空間出發,要脫離天體重力場的一些比較有代表性的初始速度的統稱。相對於不同天體或宇宙空間的宇宙速度的大小是不同的,比如說同樣相對於地球,在地面位置環繞地球的速度要比在近地軌道的速度要大,在地面理論值為7.9公裡/秒,出了濃密大氣層的近地軌道的環繞速度則為7.8公裡/秒,甚至更低。還有:脫離同一個天體相對於不同級別的物體,它們宇宙速度的名稱也是不一樣的。比如說地球上的物體擺脫太陽引力的速度叫第三宇宙速度,這是相對於地球的。但是地球自身擺脫太陽引力的速度相對於太陽來說叫第二宇宙速度,大小為42.1公裡/秒(根據第二宇宙速度是同一軌道公轉速度(第一宇宙速度)的√2倍這個規律求得,即29.8x√2=42.1)。而地球的公轉速度相對於太陽來說叫第一宇宙速度,大小為29.8公裡/秒。所以從這個角度來說,這只是地球的環繞太陽速度,不是逃逸太陽的速度,它是飛離不了太陽的。地球29.8公裡/秒的公轉速度大小雖然大於我們常說的16.7公裡秒的第三宇宙速度大小,但這兩個速度是相對於不同參照物來衡量的,壓根不能比。就像第一個原因所說,這個16.7公裡/秒的第三宇宙速度如果是以太陽為參照物,其大小是46.5公裡/秒,它是大於29.8公裡/秒的地球公轉速度的,所以它能夠飛離太陽系。進入銀河系。

相關焦點

  • 【原創】地球公轉速度遠大於第三宇宙速度,為何沒有飛離太陽系?
    由於月球還未超出地球引力的範圍,故從地面發射探月太空飛行器,其初始速度不小於10.848公裡/秒即可。    從地球表面發射太空飛行器,飛出太陽系,到浩瀚的銀河系中漫遊所需要的最小發射速度,就叫做第三宇宙速度。按照力學理論可以計算出第三宇宙速度V3=16.7公裡/秒。
  • 地球公轉速度大於第三宇宙速度,那地球為啥飛不出太陽系?
    大於這個速度而小於第二宇宙速度(11.2千米/秒),物體繞地球軌道就變為橢圓形,把地球作為其中的一個焦點,軌道仍然是封閉的,所以物體仍然沒有脫離地球引力。如果達到第二宇宙速度(11.2千米/秒)以上,其軌道就會變為拋物線,對於地球來說軌道就不是封閉的了,意味著物體已經脫離地球引力不再回來了,所以第二宇宙速度又叫逃逸速度,就是逃離地球,成為繞太陽轉動的行星了。
  • 擁有橢圓形公轉軌道的地球,為什麼沒有飛離或撞向太陽?
    比如,在地球的公轉軌道上,明明有近日點和遠日點這樣的特殊位置,那地球為什麼依然存在於我們的太陽系中,而沒有飛離或撞上太陽?地球公轉需要遵循的規律不止一個正如地球的自轉具有特殊的規律一樣,我們生活的這個星球在圍繞太陽進行公轉的時候,同樣也是在一個非實體的軌道上規律性的運行。
  • 地球的運行速度遠遠大於第三宇宙速度,為何擺脫不了太陽系?
    可有問題來了,經過科學家研究,如果想要擺脫太陽引力的束縛,飛出太陽系,那麼需要的第三宇宙速度,也就是要大於16.7公裡/秒,可通過地球的圍繞太陽的速度和第三宇宙速度來進行比較,地球的速度遠遠大於第三宇宙速度,可為什麼地球沒有擺脫太陽的束縛呢?
  • 地球的運行速度遠遠大於第三宇宙速度,為何擺脫不了太陽系?
    可有問題來了,經過科學家研究,如果想要擺脫太陽引力的束縛,飛出太陽系,那麼需要的第三宇宙速度,也就是要大於16.7公裡/秒,可通過地球的圍繞太陽的速度和第三宇宙速度來進行比較,地球的速度遠遠大於第三宇宙速度,可為什麼地球沒有擺脫太陽的束縛呢?
  • 地球速度達30公裡/秒,遠大於第三宇宙速度,為何沒脫離太陽系?
    在太陽引力的作用下,地球環繞太陽公轉,其軌道速度約為30公裡/秒。另一方面,飛出太陽系的第三宇宙速度約為16.7公裡/秒,這意味著地球的公轉速度遠大於第三宇宙速度,為什麼地球沒有脫離太陽系呢?事實上,地球的軌道速度和第三宇宙速度是完全不同的兩種概念,這兩個速度用來比較是沒有意義的。下面,我們分別來了解一下這兩個速度。
  • 速度不超過第一宇宙速度也能飛離地球、飛離太陽系
    第一宇宙速度是地面附近的物體僅在萬有引力的作用下繞地球做勻速圓周運動的速度,發射衛星時,只要給了衛星這樣的速度,在不考慮空氣阻力的情況下,不需要為衛星提供動力衛星也能在天上飛。第二宇宙速度是探測器無動力脫離地球引力束縛所需的最小速度。第三宇宙速度是探測器在地球上無動力脫離太陽引力束縛所需的最小速度。
  • 第三宇宙速度16.7千米/秒,地球公轉速度30公裡/秒,地球為何沒飛出太陽系?
    大於這個速度而小於第二宇宙速度(11.2千米/秒),物體繞地球軌道就變為橢圓形,把地球作為其中的一個焦點,軌道仍然是封閉的,所以物體仍然沒有脫離地球引力。如果達到第二宇宙速度(11.2千米/秒)以上,其軌道就會變為拋物線,對於地球來說軌道就不是封閉的了,意味著物體已經脫離地球引力不再回來了,所以第二宇宙速度又叫逃逸速度,就是逃離地球,成為繞太陽轉動的行星了。
  • 第三宇宙速度16km/s,地球公轉速度30km/s,為何地球沒有飛出去?
    那是因為第三宇宙速度16.7km/s是相對於地球的,地球公轉速度30km/s是相對於太陽的。第三宇宙速度,是指從地球表面起飛的飛行器,達到該速度後就能完全憑藉慣性逃離太陽引力,然後飛出太陽系,數值為v3=16.7km/s。如果我們考慮地球的公轉,會發現地球公轉速度大約為v=29.8km/s,該數值已經遠遠超過了第三宇宙速度,為何地球沒有逃離太陽引力呢?
  • 太陽公轉速度2倍於第四宇宙速度,為什麼還在銀河系內轉圈?
    太陽的公轉速度大約是250km/s,繞銀心轉一圈大約要2.25億年。太陽現在已有50億年高齡,大約已轉了20圈,大概還要轉20圈,才會結束它輝煌的一生。太陽公轉速度跟宇宙速度有什麼聯繫?第四宇宙速度是多快?我們常會看到航天新聞裡提到宇宙速度,這到底是多快的速度?宇宙速度就是物體從地球飛出,逃離天體引力的速度。
  • 地球速度每秒30KM,第三宇宙速度才17KM,地球為何還在太陽系裡?
    也許很多朋友心中都有一個疑問,地球公轉速度即使查不到,也能計算出來,因為根據地球距離太陽的距離和公轉一周的時間,就可求出公轉速度大約為30千米/秒,但第三宇宙速度明確告訴我們只需要16.7千米/秒即可逃離太陽系!那我們地球為什麼還沒有脫離軌道呢?
  • 太陽的第二宇宙速度和地球的第三宇宙速度為何不相等?
    地面上的一個物體,無動力的情況下若是要逃離地球引力的束縛,不計空氣阻力,它的速度至少要超過地球的第二宇宙速度11.2千米每秒。第二宇宙速度也叫逃逸速度,不同的天體有著不同的逃逸速度。火星比地球小,它的逃逸速度大約只有5千米每秒,比地球的第一宇宙速度7.9千米每秒還要小;太陽的質量大,它的逃逸速度大約是617千米每秒;黑洞的質量非常集中,視界處的逃逸速度為光速。除了第一宇宙速度、第二宇宙速度,常見的還有第三宇宙速度。第三宇宙速度指的是探測器在地球上擺脫太陽引力的束縛,無動力情況下所需的最小初速度。這個速度大約是16.7千米每秒。
  • 為什麼地球的運行軌道是橢圓的?
    地球公轉軌道是橢圓一,地球繞太陽的公轉軌道的確是橢圓,這是因為地球的運動速度與它所處的位置不匹配。不同位置距離對應著不同的速度,距離越遠,速度越小。二,形成橢圓軌道的理論分析如果地球的實際運動速度大於理論計算作圓周運動的應有速度,那地球的軌跡就會脫離圓周運動,開口變大,原因當然是這個速度做圓周運動需要的向心力大於太陽的引力。
  • 什麼是第四宇宙速度?以現有技術水平我們能夠飛離銀河系嗎?
    萬有引力的提出,揭示了宇宙中所有物質的基本運動規律,特別對於宇宙中的大質量天體來說,對其運行特點以及軌道特徵的研究具有重要意義,從而奠定了宇宙天體力學的基礎。基於上述原理,科學家們在判斷一個物體能否圍繞該天體正常運行時,引入了第一、第二和第三宇宙速度的概念,它們分別表示可以環繞地球運行、脫離地球引力束縛、脫離太陽系引力束縛3種條件下的最低水平運行速度。
  • 地球公轉每秒30千米,第三宇宙速度每秒16.7千米,是不是矛盾了?
    並不矛盾,因為這個第三宇宙速度是相對於地球的速度。從地球出發的太空飛行器,只要速度相對於地球達到每秒16.7公裡每秒就能飛出太陽系(不需後續加速過程,但這個每秒16.7公裡僅僅是最低速度,需要發射方向順著地球公轉速度方向)根據第二宇宙速度的思路,我們能求出太空飛行器逃離地球引力控制的最小速度,為每秒11.2公裡。
  • 什麼位置才能看到地球每秒30公裡的速度繞太陽公轉?
    理論上只要離開地球,宇宙中到處都可以看到地球環繞太陽以每秒30千米的速度在公轉,但有一個問題是如果要達到這個目標所要付出的努力是難以想像的,在這個位置保持可能會更難!一、為什麼我們不能直觀的看到地球高速公轉?
  • 第一宇宙速度是多少,第一宇宙速度推導公式
    一、第一宇宙速度是多少早期人們在探索航天途徑時,為了估計克服地球引力、太陽引力所需的最小能量,引入了三個宇宙速度的概念,假設地球是一個圓環,周圍也沒有大氣,物體能環繞地球運動的最低的軌道就是半徑與地球半徑相同的圓軌道。這時物體具有的速度是第一宇宙速度大約為7.9公裡/秒。物體在獲得這一水平方向的速度以後,不需要再加動力就可以環繞地球運動。
  • 我們都知道第一第二第三宇宙速度,為何第四宇宙速度很少被提到?
    因為人類的航天技術還在起步階段,連太陽系都沒有飛出去,旅行者1號探測器目前也只是出了日球層,還沒有擺脫太陽的引力。太陽系的半徑至少有1光年,憑人類目前的技術,飛出太陽系都需要上萬年。下面先讓我們來看一下人類對這些宇宙速度等級的定義1,第一宇宙速度第一宇宙速度就是衛星環繞地球所需要的最低速度,每秒7.9千米,又稱之為環繞速度。物體達到了這個速度就不會再落回地球表面了。當衛星速度超過第一宇宙速度時,軌道就會變成為橢圓。
  • 宇宙速度是物體擺脫太陽引力所需的速度,是否存在第四宇宙速度?
    自萬有引力定律發現以來,對於逃逸地球的速度,一直都在探索中,從最初的地球軌道速度,再到行星軌道速度,穿越太陽系的速度等,都是人類想要知曉的,而目前為止,人類已確定的宇宙速度只有第一宇宙速度,第二宇宙速度,第三宇宙速度。我們在初中時,物理課本上便有講這三大宇宙速度是怎麼產生的,對應的速度是多少。
  • 地球的公轉運動,按地球公轉速度來算,應該是坐地日行257萬千米
    地球的公轉是指地球繞著太陽系的中心天體太陽做繞轉運動,地球公轉的軌道平面稱為黃道平面,太陽系八大行星公轉的軌道平面幾乎都在一個平面上,這就是八大行星公轉的共面性。八大行星公轉軌道示意圖地球公轉的軌道是一個近似正圓的橢圓軌道,太陽位於橢圓的一個焦點上,地球繞太陽公轉的軌道的平均半徑約為1.5億千米,稱為一個天文單位。