為什麼達不到地球逃逸速度,我們就永遠無法離開地球

逃逸速度是指在星球表面垂直向上射出一物體,若初速度小於星球逃逸速度,該物體將僅上升一段距離,之後由星球引力產生的加速度將最終使其下落。如果我們不達到地球的逃逸速度,是不是就永遠無法離開地球了?

為什麼達不到地球逃逸速度,我們就永遠無法離開地球

為什麼達不到地球逃逸速度,我們就永遠無法離開地球

三個宇宙速度

地球的逃逸速度是指第二宇宙速度(11.2千米/秒),此外還有繞地球飛行的最低速度第一宇宙速度(7.9千米/秒)和離開太陽系的最低速度第三宇宙速度(16.7千米/秒)。

這幾個速度是怎麼來的呢?我們來跟著牛頓的腦洞來走一遍。這回牛頓不是被蘋果砸,而是在玩丟石頭。我們都知道地球是一個球體,那麼我在地球表面仍一塊石頭,用的力最大,石頭就會仍得越遠,然後我們假設我們不停的加大仍石頭的力(也就是加大石頭被扔的時候的初速度),那麼石頭會被仍得越來越遠直到無限遠麼?

當然不會,怎麼可能無限遠呢,地球是一個球體,是有半徑的,所以當你的速度達到一定的時候,你石頭下落的那個弧度剛好跟地球本身的弧度一樣了,這樣我們從上帝視角看起來就是石頭一直在似乎跟地面平行的飛,掉不下來了,這就是第一宇宙速度(7.9千米/秒),是所有航天器想圍著地球飛的最低速度。

然後我們繼續增加石頭的初速度,那麼總有一個時候我們石頭會因為太快直接從地球表面飛了出去,地球的引力已經無法束縛它了,這就是地球的逃逸速度,也就是第二宇宙速度11.2千米/秒)。

低速航天

為什麼達不到地球逃逸速度,我們就永遠無法離開地球

為什麼達不到地球逃逸速度,我們就永遠無法離開地球

從上面的過程中我們可以再次清醒的看到,到底什麼才是地球的逃逸速度?是你給了一個初速度然後就不管它了,它還能脫離地球引力的速度。這是重點:不是說我低於這個逃逸速度就無法離開地球了,而是,如果低於這個逃逸速度,在沒有任何其他動力的情況下,它無法靠著慣性運動逃離地球。

我們把石頭扔出去之後就沒管石頭了,這樣才推導出了那幾個宇宙速度,如果我們把石頭扔出去了以後依然可以給石頭動力呢?

假設我們有一輛飛船豎立在地面上,我們就讓這個飛船以1米/秒的龜速垂直地面往上飛,那麼它最終能不能離開地球呢?

當然可以!它一直以1米/秒的速度遠離地球,當然到了某個時候它就脫離地球的引力範圍了,這就是所謂的低速航天,單憑逃逸速度是困不住文明的。

為什麼達不到地球逃逸速度,我們就永遠無法離開地球

為什麼達不到地球逃逸速度,我們就永遠無法離開地球

​為什麼石頭要至少以第二宇宙速度(11.2千米/秒)的速度被扔出,它才能逃離地球,而我的飛船可以以1米/秒的速度離開地球呢?石頭被扔出去以後就沒人管它了,它就那樣在地球的引力場裡做慣性運動了(不消耗任何燃料),但是我們的飛船在起飛之後一直不停的在消耗燃料,通過消耗燃料維持這個速度對抗地球的引力(不然地球的引力會讓你立馬減速到0然後掉下來),這些燃料不是白燒的啊。

所以,不要有這樣的概念,不要覺得至少要到達地球的逃逸速度(11.2千米/秒)才能逃離地球,這種逃離指的是沒有任何燃料助推,純憑慣性就可以逃離地球的情況。當然,這樣做明顯可以節省不少能量。

不過,低速航天也不是萬能的,並不是所有的引力場你都能通過低速航天從中逃逸,比如黑洞,黑洞確實可以將高速的光和低速的飛船都困住,有動力都不行,只不過原因可能跟很多人的想法有點出入。


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