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?

2020-12-05 宇宙新思維
日地系

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,其宇宙速度是不同的。

在回答這個問題之前,咱們先簡單作一科普。

何為宇宙速度?

拿地球來說,第一宇宙速度又叫環繞速度,是飛行器環繞行星地球作圓周運動的最高速度,也是從地球表面發射飛行器的最小速度,這個速度公式為Ⅴ1=√GM/r,(其中G為萬有引力常數,M為地球質量,r為物體距地心距離),計算大小為7.9千米/秒。第二宇宙速度又叫逃逸速度,是飛行器從地面出發掙脫地球引力成為圍繞恆星太陽轉動的人造行星的速度,公式為V2=√2GM/r,即第一速度的√2倍,大小為11.2千米/秒。第三宇宙速度是從地面出發掙脫太陽系引力成為圍繞銀河系中心天體繞轉的人造天體的速度,利用動能定理求得其大小為16.7千米/秒,由於篇幅原因,這裡不再敘述計算過程。

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7.9千米/秒,物體以這個速度可以環繞地球表面運動,其軌道是個正圓形。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。如果達到第三宇宙速度16.7千米/秒以上,物體的軌道就會變為雙曲線,軌道更不是封閉的了,連太陽引力也擺脫了。

三個宇宙速度大小及軌道

從地球表面出發相對於地球的第三宇宙速度相對於太陽是多大?

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。16.7千米/秒的第三宇宙速度是相對於地球質心的,如果是相對於太陽,那這個第三宇宙速度就是29.8+16.7=46.5千米/秒。因此在地球軌道的位置,地球想脫離太陽,29.8千米/秒的速度顯然是不夠的。也就是說如果是相對於太陽,第三宇宙速度是大於地球公轉的速度的。所以地球是飛不出太陽系的。

地球自身從軌道出發相對於太陽的宇宙逃逸速度

地球脫離

當然了,地球想脫離太陽,速度用不著46.5千米/秒,這是因為第三宇宙速度是地球上的物體從地球出發去掙脫太陽引力的速度,這個物體除了掙脫太陽引力,還要克服地球的引力。而地球繞著太陽轉,只需要考慮太陽引力就行,脫離太陽相當於它的逃逸速度,即是它公轉速度的√2倍,也就是29.8x√2≈42.13千米/秒。也就是說地球想飛離太陽系,其相對太陽的速度必須達到42.13千米/秒才行。

由此也看出,即使同一位置(都是地球軌道),但逃離環境和逃離對像不同(地球和地球上的物體),其宇宙速度也是不同的。

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。
  • 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。
  • 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。
  • 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?
  • 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?
  • 我們都知道第一、第二和第三宇宙速度,那第四宇宙速度有多快呢?
    我們先來簡單捋一捋第一、第二和第三宇宙速度,第一宇宙速度又稱最小發射速度,其值為7.9公裡/秒;第二宇宙速度又稱地球逃逸速度,其值為11.2公裡/秒;第三宇宙速度又稱太陽系逃逸速度,其值為16.7公裡/秒。
  • 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。
  • 人類可能達到第三宇宙速度飛出太陽系嗎?
    事實上,宇宙飛船達到第三宇宙速度並不難,人類發射的很多探測器都能超過這個速度。 第三宇宙速度的定義為從地球表面發射的太空飛行器擺脫太陽引力作用所需的最小初速度,大小約為16.7千米/秒。只要太空飛行器大於這個速度,此後無需進一步加速,太空飛行器就能夠依靠慣性飛出太陽系。 迄今為止,人類發射最快的太空飛行器為太陽神號,其飛行速度高達70千米/秒,遠遠超過第三宇宙速度。
  • 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。
  • 速度不超過第一宇宙速度也能飛離地球、飛離太陽系
    向太空發射探測器,涉及到三個非常重要的速度,即三個宇宙速度。第一宇宙速度是7.9千米每秒;第二宇宙速度是11.2千米每秒;第三宇宙速度是16.7千米每秒。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。
  • 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。這個速度可用公式計算出來:v=√2GM/r(G是萬有引力常數,M是擺脫對象天體的質量,r是擺脫對象天體的質心與逃逸物體的距離)。
  • 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。(經過幾十年的飛行,旅行者1號才剛出了日球層)第一、第二、第三宇宙速度僅適用於太陽系,人類現階段也只能對太陽系內進行探索,經常討論第一、二、三宇宙速度也就不奇怪了。即使達到了第三宇宙速度,也很難在太陽系內自由馳騁。目前人類的飛行器達到第三宇宙速度還是在依靠行星的引力彈弓效應來實現的。
  • 每秒1km的速度難道飛不出地球嗎?
    飛出地球為什麼一定要超過這個速度呢?如果火箭保持一個比較低的速度慢慢飛,比如說1km/s,難道就飛不出地球嗎?難道火箭速度達不到第一宇宙速度7.9km/s,達到一定高度就會突然掉下來嗎?事實上確實會掉下來。不過火箭是因為沒有燃料而速度又達不到7.9km/s才掉下來。如果火箭能一直保持某個大於零的速度,那麼火箭可以飛得任意遠。
  • 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?
  • 第一宇宙速度,第二宇宙速度……第六宇宙速度,它們分別是多少
    宇宙速度是指:從地球表面向宇宙發射人造衛星、宇宙飛船,「脫離」行星和太陽所需要的最低速度。發射的衛星或宇宙飛船先圍繞地球曲線前進,逐漸加速,最後脫離地球引力的束縛飛向茫茫宇宙中某個目的地。當人造衛星以7.9km/s的速度繞地球飛行,而這個7.9km/s是最低速度,如果慢了就會被引力吸引下來,快了容易脫離軌道,遠離地球。大於或小於這個速度都算失敗,即使最大也是最小。這個速度就是第一宇宙速度(7.9km/s)。如果我們要向太陽系內的行星上發射宇宙飛船,比如向火星或金星。這時如果速度還是7.9km/s。
  • 宇宙速度到底有多快?科學家為何說人類目前飛不出銀河系
    人們通常把太空飛行器到達環繞地球、脫離地球和飛出太陽系所需要的最小發射速度,分別稱為第一宇宙速度、第二宇宙速度和第三宇宙速度(太陽的逃逸速度)。,飛離地球進入環繞太陽運行的軌道,不在繞地球運行,這個脫離地球引力的最小速度就叫第二宇宙速度。
  • 宇宙6大速度,人類僅僅達到第三,達到第六可以飛到宇宙邊緣!
    宇宙6大速度,人類僅僅達到第三,達到第六可以飛到宇宙邊緣!現在通過科普大家都知道宇宙速度是指物體擺脫重力的速度。到目前為止,人類已經達到了第一和第二宇宙速度,並且正在與第三宇宙速度作鬥爭姑且算達到了,但這並不是極限。