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回顾:宇宙6大速度人仅仅达到第三,达到第六可以飞到宇宙边缘?

2024-06-24科学

在两百多年前,人类科技刚出现没多久的时候,人类对速度还没有准确的认识,那时候他们认为世界上速度最快的就是天上飞着的小鸟,但是对于人类本身的速度,以前的人 很是缺乏相应的想象力

在1885年第一辆三轮汽车制造出来之前,人类的最快移动速度是通过 骑马 达到的,而马车的速度能够 达到平均每小时三十公里左右

汽车 发明了之后,人类只要一踩油门,就能轻松达到四五十公里的时速,但是当时人们对于速度的认知还是不够准确。

虽然当时的蒸气火车已经能达到时速六十公里,但是人们还是认为在汽车没有挡风设备的前提下, 时速如果达到六十公里,人类会被空气的压力压到窒息而亡

直到现在我们日常使用的汽车 已经能达到时速120公里 ,飞机能分分钟 超音速,冲出音障 ,甚至我们的火箭已经能够 冲出地球前往太空 了。

重力如何限制人类探索太空?

飞上天空一直都是以前人类的美好幻想之一,毕竟他们的认知中会飞的鸟儿永远都是自由的代表。

但是因为 重力与引力 的存在,人类在很长一段时间内都无法实现飞行这个愿望,为此许多甚至 付出了生命的代价

比如明朝有一位叫做 万户 的人,为了实现飞天梦,自制了47个火箭绑在椅子上,想要借助火箭的推力升上天空,但是 火箭却直接爆炸 ,万户为了实现自己的梦想而 献出生命

其实万户的思路是很正确的,只是当时的材料 无法支撑这么强大的反推力 ,而且万户也没有事先做好安全验证工作,才导致这一悲剧发生。

仅仅凭借我们最朴素的感觉,我们都应该能意识到, 想要离开重力的束缚,就一定要达到一定的速度 ,我们用力跳起,也只能跳起来一两米然后就会被拉回地面,所以必须要用更加大的力气起跳,换言之就是要有更大的速度。

大家可以想象一下,在一个高高的山峰上用尽全力扔一块石头,这块石头是不是会在我们力气的作用下 移动一段距离 ,然后在重力和初速度的作用下 以弧线的轨迹往下坠落

如果扔石头的力气大一些,那么平移的这段距离是否就会更长呢?比如我们拉来一台大炮,我国的 203毫米加榴炮 ,射程就能达到 四十公里以上 ,炮弹初速度能达到 933米每秒 ,这已经是 两倍多的音速 了。

那么这样的一颗炮弹往前平移的距离在强大爆破力的作用下,速度更快,平移距离更远,但 最终还是会落在地面上

这时候大家应该已经想到了, 如果物体飞行的初速度一直提升,那么这个物体将会一直围绕着地球旋转不会掉落下来

科学家们很早就将这个初速度计算出来了,只要能够 达到7.9公里每秒的速度 ,就能 摆脱地球重力的牵引作用 ,并将其命名为 宇宙第一速度 ,也叫 地球环绕速度

宇宙六大速度

当然,有宇宙第一速度,就会有第二、第三速度,实际上宇宙速度一共有 六个档次 ,相信有不少人对此都不甚了解。

宇宙第一速度,就是7.9公里每秒,这个速度比音速快23倍 ,其实已经远远超过我们正常认知中的速度,那些我们耳熟能详的顶级战斗机,它们的速度也才一两倍音速,偏重于速度的试验机最高也仅能达到 七倍音速 左右。

前文说到这个速度也被称为环绕速度,是因为只要能够达到这个速度,就能在地球的上空围绕它旋转。当然如果在 大气层 中就算能达到这么快的速度,也会 被空气阻力减速甚至会在与空气摩擦的时候被加热点燃 ,所以人造卫星和太空站都 必须停留在大气层十分稀薄的太空之中

围绕着地球环绕,实际上依旧没有摆脱地球重力的控制,所以想要离开地球重力的范围,就必须达到更快的速度,所以 第二宇宙速度就出现了

11.2公里每秒,这个速度并没有比第一宇宙速度快多少,但依旧是一个难以想象的速度,西湖的宽度约为2.8公里,我们必须 在一秒钟之内跨越四个西湖 ,一般人是无法想象这个速度到底有多快。

因为我们生活中根本无法接触到速度如此之快的物体,所有剩下的宇宙速度对我们而言,不过是数字的增加而已。

第三宇宙速度是16.7公里,这是人类目前能够做到的极限 ,达到这个速度就可以 摆脱太阳重力的束缚 ,如果速度没能达到这么快,就只会往太阳方向掉落而去。

第四宇宙速度 其实目前科学家们也是无法确定的,因为第四宇宙速度实际上是 逃离银河系重力束缚的速度 ,但我们对银河系的质量估算并不精准,质量是影响重力的根本因素, 质量越大重力越大,所需要的逃逸速度也就越大

根据推算,由于我们是在太阳系出发,所以相对于银河系中心的超级黑洞,本身就具有一定的初速度,但即便如此我们依旧需要 将速度提升到110~525公里每秒,才有可能往银河系的外围前进

第五宇宙速度则是需要逃离星系群,我们所处的星系群为 「本星系群」 ,包括银河系在内,拥有 超过五十个星系 ,这些星系因为重力的原因聚在一起,而这些物质产生的重力又影响着整个星系群,所以第五宇宙速度起码要达到 1500~2250公里每秒 ,这个速度已经接近 百分之一光速 了。

星系群之外还有超星系群, 超星系群的直径约为2亿光年,是「本星系群」的二十倍 。数个星系群聚集在一起,这些物质产生的重力让我们几乎无法离开这片区域。

有科学家认为,我们需要 达到光速才有可能完全摆脱这些引力的束缚,达到第六宇宙速度,前往更加遥远的星际,甚至抵达「宇宙」的边缘

人类目前能达到的宇宙第三速度

目前速度最快的飞行器是2006年发射的新视野号 ,在多级火箭的推动下,其在离开地球时速度已经达到 16.2公里每秒 ,这个速度已经 可以算是达到第三宇宙速度 了。

在进入宇宙空间后,飞船本身 无法携带太多的燃料 ,所以飞船基本是靠一开始获得的初速度运动的,只是可以 依靠本身自带的核能电池用以调整飞船行进方向和轨迹 ,所以飞船必须在地球以外获得更快的加速度。

这个加速的方法很简单,那就是进入木星、土星这些质量远超地球的行星范围内, 借助它们强大的重力,为飞船增加速度

这个加速方法叫做 重力助推 ,主要是让飞船飞掠过行星运动轨迹的后方,然后 被行星的重力所捕捉 ,接着飞船借助行星围绕太阳公转的速度被往前带了一段距离,获得了 加速

形象点来说,其实就是一个人抓住从马车上垂下来的绳子,被拉着往前走了一段路,速度变快后又把手松开。

目前人类依旧十分依赖重力助推的方式对飞船进行加速度,根本原因在于, 我们人类现阶段并没有十分适合在太空加速的技术

火箭推进需要大量的燃料,而这些燃料的重量太重,基本无法将其送到太空中,我们熟知的火箭中, 有90%的重量都是燃料 ,除此之外还有火箭外壳和发动机的重量, 飞船的重量只能占到5%以下

所以如果推进方式没有质的飞跃, 现阶段人类的太空投送能力就已经接近极限了 ,这也意味着飞船在太空中将会 很难获得明显的加速

当然,现在科学家们也研发出了 电离子推进器 ,这是一种只需要少量燃料就能燃烧许久的发动机,缺点只在于,这种发动机的推进力量很低, 只能推动一张A4纸 ,大概就相当于我们用嘴吹气产生的推力了吧。

但是电离子推进器却是 十分适合太空航行 ,因为它所产生的加速度是可以一直积累下去的,配合上 燃料轻便、燃烧效率高、时间长 的特点,电离子推进器能在太空 源源不断地为飞船提供推进力

比如日本发射的 隼鸟号飞船 ,就是装载了这种发动机,在飞船化学发动机全部损坏的情况下,依旧能 顺利运行 ,支撑着隼鸟号长达4年的太空探索,在这数年间,这个发动机为飞船 累计增加了1.4公里每秒的加速度

速度限制的绝望

随着科技的发展,人类在深空领域的加速能力也会随之增长,现在我们已经能 将无人飞船送出太阳系

继续发展下去,相信达到第四甚至第五宇宙速度都是有可能的,但令人绝望的是, 人类似乎永远都无法突破光速的限制, 我们也许会 被永远禁锢在直径2亿光年的超星系群中 了。

第五宇宙速度也才百分之一的光速,而目前科学家们正在 努力研发出可控核聚变 ,只要研发成功,在核聚变超高的能量利用效率上看,我们是有希望达到这个速度的,届时在宇宙中以数千公里每秒的速度穿行并不是没有可能。

但是比起脱离重力束缚的速度,宇宙的空旷才是真正让人感到绝望的事情。太阳系的半径能达到十几光时,旅行者一号、二号、新视野号这些飞船虽然达到宇宙第三速度了,但仍然 需要三四十年才能到达太阳系的边界

以第四宇宙速度前进,就算是500公里每秒,想要穿越这个半径52850光年的银河系,就需要 花三千多万年 ,如此漫长的时间 足够摧毁任何一台飞船

即便是能够达到光速,我们也依旧 需要五万两千年才能离开银河系 ,更何况拥有质量的物质根本就没有超越光速的可能性。

结语

所以现在的人类表面上看是被速度限制在宇宙中,实际上,即便我们能达到相应的速度,我们也 没有足够的时间前往更加遥远的距离探索

但是我们并不必为这个坏消息感到沮丧,因为科技一直都在发展的道路上,我们的知识受到现在的技术水平所限制。

现在的我们无法想象如何实现超越光速跨越广阔的宇宙空间,但在未来,也许我们可以发明出传送门这样的黑科技,所以我们需要 脚踏实地一步步解决眼前的问题 ,最终所有的问题都有可能获得答案的。