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第一宇宙速度到第六宇宙速度,速度有多快?

 阳春雪竹轩 2023-06-11 发布于内蒙古

从第一宇宙速度到第六宇宙速度,一个比一个快,为了说清楚,让我们做个思想实验,看看各自的速度是多少。如果我们在山顶向水平方向发射一个炮弹,由于惯性,炮弹会有水平速度,同时由于地球引力,炮弹会向地面下落,所以炮弹会飞行一段距离后落到地面。显然,弹丸发射的速度越快,它在空中的移动就越远。由于地球是圆的,地面有一个普遍的曲率,所以相对于我们现在的水平,远处地面的水平会下降,而且距离越远,下降就越明显。

这就造成了这样一种现象:当一个弹丸达到一定的速度,飞了一定的距离,由于地球的引力,其高度下降了1厘米,同时,由于地球的曲率,该位置的地面水平也正好下降了1厘米。然后,该弹丸将继续绕地球飞行而不落地(注:由于这是一个思想实验,我们不需要考虑其他阻力)。这个速度就是第一宇宙速度,大约是7.9公里/秒。在此基础上,如果我们不断提高弹丸的速度,它围绕地球的轨道就会变成椭圆,弹丸的速度越快,这个椭圆轨道就越窄,当速度达到11.2公里/秒时,弹丸就可以摆脱地球的引力场,飞向深空。

这个速度就是第二宇宙速度。即使弹丸达到了第二宇宙速度,由于太阳的引力,它也只能围绕太阳旋转,如果它想飞出太阳系,它必须至少达到16.7公里/秒,这就是第三宇宙速度。需要注意的是,前面三个宇宙速度都是确定的;从第四个宇宙速度开始,只有估计。太阳系的顶层结构是银河系,如果我们向地球射出一发炮弹,其速度足以凭借惯性挣脱银河系的引力场,那么它在这一点上的速度将是第四宇宙速度。

我们可以根据银河系的质量和直径计算出第四宇宙速度,根据目前的观测,这个速度估计在110公里/秒和120公里/秒之间。通过同样的方法,我们也可以计算出更高的宇宙速度。第五宇宙速度对应的是地方星系群,这是一个由大约50个星系组成的宇宙结构,包括银河系、仙女座和三角座,总质量约为太阳质量的6.5×10^13倍(65万亿倍),直径可达1000万光年,科学家据此计算,第五宇宙速度约为2000公里/秒。第六个宇宙速度没有明确的定义,人们认为它对应于当前的超级星团(也称为处女座超级星团)。

观测结果显示,我们自己的星系团以及附近大约100个星系团和星系群构成了当前的超级星系团,其总质量大约是太阳质量的10^16倍(1亿亿倍),直径高达1.1亿光年,这将使第六宇宙速度接近光速。换句话说,如果我们以接近光速的速度向地球发射一个弹丸,它将能够通过惯性逃离这个超级聚合体的引力场,并在接下来的瞬间消失,当然,这需要非常非常长的时间。在这一点上,你一定想知道是否有第七个宇宙速度,因为第一和第六个宇宙速度都比其他的快。

理论上,第七个宇宙速度对应的是可观测的宇宙,即以地球为中心的球体,直径约为920亿光年,是我们能观测到的宇宙的极限。尽管我们对可观测宇宙还没有足够的了解,但有一点是肯定的:第七宇宙的速度必须超过光速,根据已知的物理定律,没有任何具有静止质量的物体可以被加速到光速,更不用说超光速。一个理论值,在人类发展出超光速飞行技术之前,没有任何实际意义的讨论。

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