1687年,牛頓的著作《自然哲學的數學原理》問世,在這部作品中,「引力」的概念首次問世,牛頓提出:
「任何物體之間都有相互吸引力,這個力的大小與各個物體的質量成正比例,而與它們之間的距離的平方成反比」
萬有引力的問世不僅僅可以解釋我們日常生活中的一些現象,更重要的是在天文領域,我們可以直觀且正確的去理解行星間的運動規律,以及月球和地球之間的關係。
隨著科學的發展,引力的概念被愛因斯坦再次顛覆,他指出引力的本質其實是「時空的彎曲」,也就是物體的質量對時空造成的影響。引力的概念對人類認知宇宙起到了重大的影響,並且人類也開始一步步的探索宇宙,在發射探測器離開宇宙的過程中,我們發現了「宇宙速度」。
通常情況下,我們談論的宇宙是「三大宇宙速度」,實際上還存在著「第四宇宙速度」,為什麼很少有地方提及「第四宇宙速度」呢?
01三大宇宙速度
宇宙速度其實是指人類太空飛行器在環繞或者是脫離地球引力時的速度,第一宇宙是太空飛行器環繞地球的速度7.9km/s,只有達到這個速度後,才可以圍繞地球進行均勻的圓周運動。
比如我們向遠處發射一枚炮彈,因為我們的地球是球形的,只要這個炮彈的速度夠快並且永遠足夠的力,那麼它距離地面的距離就會越來越遠,如果速度達到7.9km/s後,不考慮大氣層存在的話,這個炮彈就會永遠停留在天上,圍繞地球不斷運動下去,這就是第一宇宙速度,也被牛頓稱為「環繞速度」。
這個情況下,物體仍然會受到地球引力影響,而第二宇宙速度就是一個物體脫離地球引力影響時所需的速度,為11.2km/s,也就是說一個物體想要離開地球,必須保持至少11.2km/s的速度,否則就無法擺脫地球重力的控制,最終回到地球表層。
達到第二宇宙速度,並不意味著你可以隨心所欲,你只是脫離了地球,開始圍繞太陽的軌道運動,仍然要受到太陽引力的影響,這個時候脫離地球引力的物體會擁有29.8千米/秒速度,以這個速度圍繞太陽運動。
第三宇宙速度就是一個物體擺脫太陽引力,走出太陽系所需的速度為16.7km/s,只有先脫離地球引力後,保持這個速度才能脫離太陽的引力,從而離開太陽系,但是對於目前的人類來說這是一件很困難的事情,從能源和補給來說幾乎是無法完成的,人類發射出的旅行者一號會在未來的幾年徹底失去電力供應。
對於目前的人類來說,探索火星或許才是最現實的選擇,在火星建立殖民地,等待人類科技發展到一定程度後,再開展離開太陽系的探索計劃,從第一第二第三宇宙速度的規律,或許你已經可以推測出第四宇宙速度是什麼了。
第四宇宙速度其實就是離開銀河系的速度,但是因為人類還不清楚銀河系究竟有多大,只能簡單的判斷離開銀河系所需的速度,因此第四宇宙速度是不準確的,大約在110~120千米/秒之間。
我們很少討論第四宇宙速度的原因很簡單,我們現在連太陽系都無法離開,就算知道了離開銀河系需要的速度,又有什麼用呢?並且從現在的計算來看,人類目前的飛行器是無法滿足離開銀河系所需速度的,並且銀河系的大小超越我們的想像,或許人類文明發展到極限,也只能在太陽系周圍的恆星星系探索。
第四宇宙速度對於目前的人類來說,幾乎沒有任何作用,甚至可能永遠派不上用場,因為想要知道第四宇宙速度的確切數值,我們需要銀河系畢竟準確的大小和質量,這可能十分困難。
宇宙速度的存在是幫助人類更好的探索宇宙,也是對人類太空飛行器性能的基礎要求,當然,從人類現在的科技去想像未來可能發生的事情是十分狹隘的,或許在未來,人類真的可以走出銀河系,實現「第四宇宙速度」。