太陽系無法逃逸嗎？為什麼地球有三個宇宙速度，但太陽只有兩個？

2020-10-18 星辰大海種花家

離開地球的速度其實有兩個，狹義上來理解就是地球的逃逸速度，廣義上來理解那麼環繞速度也可以算，但兩者區別還是很明顯的！

地球的環繞速度

這個速度特容易理解，地球的環繞速度就是第一宇宙速度，地球是一個球體，從地球到太空有兩個方法：

  • 垂直向上加速，直至衝出大氣層

  • 水平方向加速，直至環繞地球的離心力與引力平衡

第一個方法理解起來簡單、暴力、直接，但到了太空之後仍然需要不斷施加推力，否則會被地球的引力拉回地面！

第二個方法實現起來簡單，水平方向加速可以利用地球自轉的速度，而且出了大氣層之後因空氣阻力極小，發動機即使關機也可以繼續環繞地球做圓周運動！

牛頓在《自然哲學數原理》中提出萬有引力定理後曾設想，如果拋出一個足夠高速度的物體，產生的「離心力」將會和引力平衡，它將不會再掉落到地球上，那麼如何來推導這個計算公式呢？

推導方式很簡單，引力=「離心力」，那麼即可推導出V的速度：

根據上述公式，求得V≈7.9千米/秒，當然這個速度是地球表面時的速度，當到達近地軌道300千米高度時，這個速度會小那麼一點點，因為地球直徑太大，這300千米的差別非常不明顯！

地球的逃逸速度

當我們在環繞速度的軌道上環繞地球運行時，如果在加速一點，那麼這個軌道就會變成一個橢圓軌道，而加速的位置就是近地點！假如在這個近地點對應的遠地點加速，那麼這個軌道會變成一個高度比原來更高的環繞軌道！假如繼續在近地點加速，那麼這個軌道會拉成一個遠地點更高橢圓軌道！

速度越來越高，那麼這個橢圓軌道將逐漸無法閉合，變成一個拋物線或者雙曲線軌道，當滿足這個最低要求時就成了第二宇宙速度，它的推導方式如下：

假如脫離了地球引力到達了無窮遠處的物體勢能為零，那麼在地球表面時它的勢能為：

那麼在這個物體的在地球表面的動能應該等於該勢能！即：

那麼公式變換得如下，將各項參數代入該公式後計算得：

這就是第二宇宙速度的來歷，這其實也很容易理解！

第三宇宙速度

但很多朋友搞不清楚的一個問題，比如地球上還有個第三宇宙速度是16.7千米/秒，但從環太陽軌道上卻只有一個第二宇宙速度，這是為何？

  • 地球的第二宇宙速度只能逃離地球，並沒說過能逃離太陽

  • 環太陽的軌道上只需要逃離太陽即可，不需要再逃離其他行星

因此從地球上出發的太空飛行器需要同時逃離地球和太陽的引力才能逃離太陽系！這個速度是多少呢？

  • 太陽在地球軌道上的逃逸速度是42.2千米/秒

  • 地球在太陽軌道上速度是29.8千米/秒

那麼同時逃離太陽和地球的速度需要是v=√11.2^2+(42.2-29.8)^2=16.709千米！

太陽各天體的逃逸速度，當然太陽是最高了，不過也不會有飛船打算從太陽表面逃逸，畢竟是太熱了。而已經從太陽系逃逸的飛行器已經有旅行者一號和二號，但他們無法逃離銀河系！假如要從銀河系逃逸則需要525千米/秒，如果要從黑洞的事件視界逃逸，那麼需要超過光的速度！

相關焦點

  • 地球逃出太陽系需要多大速度,與三個宇宙速度什麼關係?
    根據劉慈欣小說改編的科幻電影《流浪地球》，為了躲避太陽紅巨星災難，加速脫離軌道，向深空逃亡。那麼這個速度要多大才能夠脫離太陽引力呢？有些朋友對這個問題和迷惑，認為不是有三個宇宙速度嗎？逃逸速度16.7km/s不就是脫離太陽引力的速度嗎？
  • 三個宇宙速度只是針對地球還是放之宇宙而皆準?
    所謂三個宇宙速度是指在地球上發射人造太空飛行器，實現繞地飛行、逃離地球、逃離太陽系的最小速度。這三個速度分別為7.9km/s、11.2km/s、16.7km/s，這三個速度在地球上叫做第一宇宙速度，又叫環繞速度；第二宇宙速度，又叫脫離速度；第三宇宙速度，又叫逃逸速度。首先說一下這三個宇宙速度是怎麼來的。
  • 達不到地球逃逸速度,我們就無法離開地球了麼?
    的第三種情況裡提到了《三體》裡的曲率驅動，然後在《為什麼物體的速度無法超過光速？光又為什麼能達到光速？》裡又說了物體的運動速度永遠無法超過光速，然後有些三體迷就從這兩個地方想到了大劉在《三體·死神永生》裡描述的黑域（光墓）：黑域的正式名字叫低光速黑洞，由許多曲率驅動的飛船的航跡包裹而成，它能夠把黑域裡面的真空光速降低到逃逸速度以下，然後根據任何物體的運動都無法超過光速，所以黑域裡任何物體的速度都無法超過它的逃逸速度，所以任何物體都無法從黑域裡逃出來，所以就無法威脅到其他的文明（就是把自己鎖死，然後告訴其他的神級文明
  • 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？
  • 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?
    對天文有一些基礎的小夥伴都了解，地球繞太陽公轉一圈是一年，雖然我們生活在地球上，但並不能感覺到地球正以30公裡/秒的速度前進。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?
    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。
  • 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。
  • 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。
  • 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?
    >咱們常說的三個宇宙速度指的是從地球表面出發相對於地球的宇宙速度，宇宙空間中每一個地方和不同的對像，其宇宙速度是不同的。三個宇宙速度三個宇宙速度相應的軌道特點第一宇宙速度為上述三個宇宙速度都是從地球表面出發相對於地球的，如果從火星表面出發相對於火星，它的宇宙速度要小於地球的宇宙速度。當然地球上空的宇宙速度和地面的也是不同的。地球上的物體想脫離太陽（即第三宇宙速度）著重考慮的是地球的影響，而地球本身想脫離太陽就必須要考慮太陽的影響。我們知道地球的公轉速度為29.8千米/秒，它是相對於太陽的。
  • 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。
  • 太陽系曾有三個地球,另外兩個在哪?科學家發出警告
    然而，即便不能親眼目睹，也並不妨礙我們知道問題的答案，因為宇宙中有太多像太陽系這樣的恆星，其數量甚至無法用數字去描述這也就導致宇宙中，幾乎每時每刻都有新的恆星誕生、老的恆星走向消亡。 如果硬要找出太陽系跟這些恆星系有什麼不同，那麼唯一不同點可能就是人類了，所以只要觀察其他恆星和恆星系的誕生過程，那麼我們就能夠知道太陽和太陽系的誕生及其演化過程。
  • 何謂第四宇宙速度，它於人類有什麼意義？
    第一、第二、第三宇宙速度都經常提，為什麼很少有人說第四宇宙速度？這是因為對人類來說，第四宇宙速度還沒有意義。 就是從地球來說，有了三個宇宙速度，即環繞地球、逃離地球、逃離太陽系的速度，這幾個速度分別為7.9km/s、11.2km/s、16.7km/s。那麼第四個要逃離的就是銀河系了，所謂第四宇宙速度就是逃離銀河系了。 而從環繞速度和逃逸速度這兩個宇宙通行的速度來看，所謂第四宇宙速度實際上就是銀河系的逃逸速度。
  • 看流浪地球漲知識:如何利用木星加速逃逸太陽系——圖解引力彈弓
    選擇避開木星，完全可以避免電影中發生的災難與危機；為什麼不呢？是小說和電影情節需要？答案當然不是！選擇飛臨木星，是為了借用木星的引力彈弓效應，加速地球！使得地球獲得逃逸太陽引力束縛的逃逸速度！為什麼不直接依靠行星發動機將地球加速到逃逸太陽系呢？
  • 何謂第四宇宙速度,它於人類有什麼意義?
    第一、第二、第三宇宙速度都經常提，為什麼很少有人說第四宇宙速度？這是因為對人類來說，第四宇宙速度還沒有意義。那麼所謂「第四宇宙速度」是什麼呢？就是從地球來說，有了三個宇宙速度，即環繞地球、逃離地球、逃離太陽系的速度，這幾個速度分別為7.9km/s、11.2km/s、16.7km/s。那麼第四個要逃離的就是銀河系了，所謂第四宇宙速度就是逃離銀河系了。而從環繞速度和逃逸速度這兩個宇宙通行的速度來看，所謂第四宇宙速度實際上就是銀河系的逃逸速度。
  • 第一、第二、第三宇宙速度經常聽到,為何很少說起第四宇宙速度?
    對於這幾個宇宙速度，經常關心祖國航天事業的朋友應該在熟悉不過了，第一宇宙速度是脫離地球引力進入環地球軌道的速度，第二宇宙速度地球的逃逸速度，但還不能逃離太陽系的速度，第三宇宙速度則是從地球軌道上逃逸太陽系的速度！那麼第四宇宙速度是逃離哪裡的？是銀河系嗎？
  • 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。
  • 假如M87*黑洞距離地球只有一光年,對太陽系會有什麼影響?
    誕生太陽系的奧爾特雲直徑約一光年，如果M87*黑洞在距離一光年的位置的話，大約就是在奧爾特雲外0.5光年的區域，看起來也不近，但在宇宙中動輒以萬光年計算的距離（M87星系距離地球約5500萬光年），簡直就已經碰在一起了！一、M87*黑洞到底是個多大的概念？
  • 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?
    宇宙速度是個省略句，咱們常說的三個宇宙速度指的是從地球表面出發相對於地球的宇宙速度，宇宙空間中每一個地方和不同的對像
  • 太陽系曾有三個地球,為什麼現在僅剩一個?答案讓人深思!
    文/仗劍走天涯太陽系曾有三個地球，為何現在僅剩一個？答案讓人深思！宇宙究竟是怎麼產生的呢？宇宙中所有的星體產生的原因，難道真的是科學家們所闡述的宇宙大爆炸理論嗎？科學家們認為在宇宙最早期的時候，有一段從熱到冷的演化史。