蒲公英的约定数

第一、第二、第三宇宙速度，对地球而言，就是脱离地球、脱离太阳系、脱离银河系的速度。第四宇宙速度根本用不上，因为脱离了银河系你就已经获得自由了！

天泽方圆之杨春顺

第四宇宙速度指的是银河系的逃逸速度，然而银河系的质量如今还没有一个准确值，按照目前估计的银河系质量来计算，银河系的逃逸速度是550km/s，这个速度对目前的我们来说还只存在于科幻小说中。

这些宇宙速度虽然都是物理学名词，但人类从1957年发射第一颗人造卫星以来到现在，用到最多的也只是第一宇宙速度和第二宇宙速度而已，真正达到过第三宇宙速度的航天器只有上世纪发射的旅行者一号和二号以及2006年发射的新视野号。

所谓的第四宇宙速度只是飞出银河系所需要的最小速度，事实上只用这个速度飞出银河系是不可能的，银盘的边缘厚度都达到了3000光年，以550km/s的速度飞出去需要的时间远远超过人类的寿命。

对于现在连大规模进入太空都做不到的我们来说，第四宇宙速度只是理论上存在的一个数字，我们还需要在第一宇宙速度和第二宇宙速度上“徘徊”想当长一段时间，直到人类科学取得新的重大突破。

宇宙观察记录

第四宇宙速度

其实关于宇宙速度的概念并不难理解，而且我们比较熟悉的是宇宙第一速度、宇宙第二速度、宇宙第三速度。

至于第四宇宙速度，很少被人提及，它的意思是从地球出发，摆脱银河系的引力，冲出银河系所需要最低速度，不过，这个宇宙速度很鸡肋，因为它的数值还无法确定，甚至可以说这个数值对我们而言并没有多大意义。那具体是咋回事呢？

宇宙速度的咋来？

我们需要从第一宇宙速度说起，传统的说法就是第一宇宙速度是环绕速度，不过，我个人觉得这个说法并不容易理解，我们可以从牛顿思考万有引力定律的方法来理解。牛顿在自己的著作《自然哲学的数学原理》当中，描述了他思考万有引力定律的方法，我们现在也管这个叫做牛顿大炮。

那具体是咋回事呢？假设我们拥有一台理想的大炮以及一颗理想的炮弹。

• 自由落体

如果我把炮弹举高到一定的高度，然后放手，那这个炮弹就会自由落体，掉到地上。

• 抛物线

如果用大炮把炮弹打出去，让炮弹得到一定的初速度，这时候就是一条抛物线。

• 第一宇宙速度

那如果这个时候，我们让炮弹打出来的速度达到7.9km/s，那炮弹就可以绕着地球转圈了。

为什么会这样呢？我们可以思考一下刚才的抛物线运动，在炮弹运动过程中，其实地面是几乎不变的，但是炮弹由于引力作用，就会有一个朝着地面落下的趋势。

但是，如果我们仔细思考一下，地球其实是个曲面。（地球是球状的）所以，其实地面是向下弯曲的。之前之所以会落在地上的本质原因是因为地面下落的幅度比炮弹下落的幅度小。如果炮弹下落多少距离，地面就像下落多少距离，那炮弹就永远不会落到地面上，也就是绕着地球做圆周运动了。

所以，我们管几乎贴着天体表现做圆周运动的速度叫做：第一宇宙速度。而在地球上速度达到7.9km/s时，就可以做到。

• 第二宇宙速度

但是，如果我们在第一宇宙速度的基础上不断地进行加速炮弹，炮弹可能会走一个更大的圈子，但并不一定能够摆脱地球的引力束缚，说白了就是还在地球的势力范围之内。

那什么时候才能摆脱地球的引力呢？

当速度达到一定程度时，也就是第一宇宙速度的1,41倍（实际就是根号二倍），这个时候就可以摆脱地球的引力束缚，在地球上这个速度是11.2km/s，也被我们称为第二宇宙速度。

• 第三宇宙速度

而第三宇宙速度也好理解，就是要摆脱太阳的引力束缚，离开太阳，这个速度是多少呢？通过万有引力定律进行求解，得到的结果是16.7km/s。

（这里要注一下，第三宇宙速度指的是在地球上出发，摆脱太阳引力束缚所需要的最低速度。）

无论是哪个宇宙速度，说白了都和引力自身是息息相关的。

第四宇宙速度

• 对银河系的了解不够

而第四宇宙速度，是从地球出发，要摆脱银河系的最低速度。这意味着它自身会和银河系的质量有关系。但这时候问题就来了，银河系边界在哪，我们是不能确切知道的，下面这张我们常看到的银河系的图，实际上是观测+模型+理论计算得到的。我们会发现，关于银河系的半径一直在变化，银河系的恒星数也一直在调整，这些变化和调整就是基于更先进的观测技术得到的。

而更本质的原因是，我们没能力到银河系的上方给银河系拍照。这些指标定不下来，实际上银河系的质量就很难确定下来。

但这还不是最难做到的，毕竟上文讲的都是我们可以观测到的银河系的情况，但银河系当中还存在着我们看不到的东西，那就是暗物质，而且暗物质的含量还不少，就宇宙总体来看，暗物质的比例比已知物质的5倍还要多。

也就是说，我们甚至都无法知道银河系当中暗物质的提供的引力到底有多少。基于许多的不确定性，我们很难能够得到从地球出发，脱离银河系引力所需的最低速度到底是多少，因此这个第四宇宙速度的大小也就确定不下来了，变得很鸡肋。

• 没有实际的指导意义

当然，让第四宇宙速度变得更加无意义的是，目前的技术根本不足以让人类脱离银河系。人类现在的探测器只能勉强摆脱太阳的引力，勉强离开太阳，人类对它们的控制力几乎为0。而太阳的尺度相对于银河系简直小到像一粒沙子。银河系像太阳这样的天体大概就有1500亿~4000亿颗，恒星系数不胜数，银河系的半径都有几万光年的尺度，也就是跑都要跑几万年，这对于人类而言简直就是天文数字，何谈摆脱银河系的引力？

因此，第四宇宙速度也是在实际使用中根本涉及不到的。

基于以上两点，才会使得第四宇宙速度很少被提及。

钟铭聊科学

因为不好用，“食之无味弃之可惜”来形容第四宇宙速度正合适，为什么这么说？先了解一下几个宇宙速度的基本定义再解答。

第一宇宙速度：环绕速度。

第一宇宙速度又称：航天器最小发射速度、航天器最大运行速度、环绕速度，是指以地面为参照物达到7.9千米每秒的运行速度。简单来说，当你在地球上，以这个速度扔出一个物体之后，这个物体就可以一直围绕着地球做匀速圆周运动，而不会落向大地。

第一宇宙速度对于我们最主要的运用，就是人造卫星了。人造卫星的出现改变了现代人的生活，但实际上环绕地球的卫星，会比这个速度小一点。

因为，按照力学理论计算出的 7.9 公里/秒，只能保证卫星沿着地球表面运行。实际上，地球表面存在稠密的大气层，卫星不可能贴近地球表面作圆周运动，必需在 150 公里以上，才能绕地球作圆周运动。随着高度的增加，地球对卫星的引力会减小，因此在此高度下的环绕速度约为 7.8 千米/秒。

第二宇宙速度：地球逃逸速度。

当以地面为参照物，发射物体的速度达到11.2千米每秒，即第一宇宙速度的 √2 倍，这个物体就能沿一条抛物线轨道逃离地球引力的束缚，飞向宇宙。

第二宇宙速度的本质其实是一物体的动能克服该物体的重力势能时，该物体所需达到的最小速度。达到了这个速度才能实现太空探索，

值得注意的是，月球并未摆脱地球引力的范围，所以从地面发射探月航天器，是不需要达到第二宇宙速度的，实际上其初始速度不小于10.848千米每秒即可。

嫦娥四号任务月球车效果图

第三宇宙速度：太阳系逃逸速度。

在充分利用地球公转速度的情况下，即飞行器入轨速度与地球公转速度方向一致时，以地面为参照物，飞行器的速度达到16.7千米每秒时，就能沿双曲线轨道飞离地球，并能脱离太阳的引力，飞出太阳系。而这个速度是以离太阳表面无穷远处势能为0而求出的最小值。

目前人类唯一运用了第三宇宙速度的探测器就是“旅行者1号”（Voyager 1）。上个世纪70年代，NASA将代表人类最高成就的太空科技产品的旅行者1号发射了出去，它的任务就是飞出太阳系。在经过木星土星引力弹弓加速后，现在它已驶入了外太阳系，截止到2018年11月它仍然正常，不出意外它会成为第一个飞出的人造物体。

旅行者1号、2号的运动轨迹

被科学界公认的大三宇宙速度之间的关系

当发射速度V与宇宙速度分别有如下关系时，被发射物体的情况将有所不同：

第一种情况：当v

第二种情况：当第一宇宙速度≤v卫星”；

第三种情况：当第二宇宙速度≤v

第四种情况：当v≥第三宇宙速度时，被发射物体将飞出太阳系。

第四宇宙速度：银河系逃逸速度。

以地球为参照物，目前网上估算的是发射速度貌似达到120千米每秒时，才有可能摆脱银河系的引力束缚，飞离银河系。

但其实这个速度是一个不太靠谱的结论，它并没有被科学界确认，它更多出现在科幻或科普读物中。

为什么说第四宇宙速度不太靠谱？

首先，逃逸速度取决与要逃逸目标的质量。对于银河系，整体质量到底有多重？我们目前没有一个确定的答案。再加上银河系暗物质的发现，让银河系的质量之谜更加扑朔迷离。

其次，目前的第四宇宙速度的数值，仅仅是依据牛顿的万有引力给出的一个估算。但对于像银河系这样大的一个宇宙尺度，以万有引力公式计算，会产生相当大的误差。

最后，以人类目前掌握的化石燃料，要把推进器的速度提升到预估的第四宇宙速度，是永远不可能的，除非人类再掀起一场能源革命。

第四宇宙速度更像人们根据经典认知，给出的一个推论。他和大多数前沿物理理论一样，无法验证，但为什么这个速度，反而容易被大家所接受，而前沿物理理论的一些概念却无法被大家接受呢？原因仅仅是因为，这种速度推论的逻辑，符合人们的日常经验认知。

另外，第四宇宙速度，以及第二第三宇宙速度，都是一个逃逸的最低速度。他们最大的作用在于告诉我们，要逃离我们的所在地所需要的最低能量是多少？

然而，对于银河系这样超大的距离，即便人类以后有能力飞离银河系，也绝对不会以第四宇宙速度来飞离银河系，因为这样需要花费的时间太长了。人类至少要掌握了近光速或者超光速移动的方法，才有可能飞离银河系。

总结

在人类的科技实力，没有突破性进展的前提下，讨论第四宇宙速度，是完全没有意义的。套用奥康姆剃刀原理所说的，如无必须，勿增实体。

想法捕手

简单讲，之所以第四宇宙速度很少被提到，是因为第四宇宙速度对于我们来说没有多大的实际意义，目前人类的一切航天活动都不会涉及到第四宇宙速度，用“食之无味弃之可惜”来形容比较贴切！

第一第二第三宇宙速度我们都很熟悉了，在航天科技上经常用到，第一宇宙速度7.9千米每秒就是成为地球卫星的速度，第二宇宙速度11.2千米每秒就是逃离地球引力环绕太阳运行的速度，第三宇宙速度16.7千米每秒就是逃离太阳引力围绕银河系运行的速度！

第四宇宙速度是逃离银河系的速度，大约120千米每秒，目前的人类科技很难达到这个速度，银河系直径至少20万光年，逃离银河系目前看来没有任何可能性，在遥远的未来，人类或许会习惯用到第四宇宙速度！

事实上除了第四宇宙速度，还有更高级别的宇宙速度，比如第五，第六甚至第七宇宙速度！

第五宇宙速度为逃离本星系群的速度，本星系群包括了银河系，仙女座星系等在内的数十个星系，逃离本星系群的速度大约为1500千米每秒！

本星系群又隶属于室女座超星系团，逃离超星系团的速度已经接近光速，这就是第六宇宙速度！

而第七宇宙速度指的是逃离宇宙的速度，这个速度已经超过光速，当然没有更多速度能够超越光速，所以第七宇宙速度更多的是一种假设和想象的速度，没有实力意义！

宇宙探索

按照前三个宇宙速度的定义，第四宇宙速度属于逃离银河系的最小速度。这个第四宇宙速度虽然有定义，但是其本身并没有多少意义。

前三个宇宙速度一个是环绕地球的最小速度，靠着这个人们可以发射人造卫星上天，和我们的日常生活比较近，计算上面也经常用得到。而第二宇宙速度是摆脱地球引力的速度，比如我们发射月球探测器，发射火星探测器等等，都需要和这个速度打交道。而第三宇宙速度属于摆脱太阳系引力的速度，主要是摆脱太阳引力的速度，因为太阳一个人占了整个太阳系98%以上的质量。知道了这个速度，我们就可以设计出可以飞出太阳系的飞船了，比如旅行者一号的速度已经达到了17km/s，超过了第三宇宙速度16.7km/s，所以我们可以确信旅行者一号只要不撞毁，肯定可以飞出太阳系而非绕圈圈。所以第三宇宙速度对于航空航天也是意义重大。

唯有第四宇宙速度名不符其实，是鸡肋般的存在。因为银河系直径都有10+光年，我们一辈子也不可能飞出去，也不可能知道整个银河系的具体质量，所以这个速度数值对于我们来说更本就没啥用，而且还得不到准确的数值。即便是我们未来可以飞出银河系了，那也会通过光速或者超光速飞行的方式，而非刚好达到第四宇宙速度。所以这个速度也很少人提及。

科学探秘频道

这个问题非常有意思，人类为什么很少有人说第四宇宙速度？这和第五宇宙速度、第六宇宙速度有异曲同工之妙。答案很简单也很现实，人类在现阶段不敢想；也没必要想；想了也是白想。不仅是科学家不提，甚至在科幻小说中也很少提，因为这个目标实在是要求太高了。

第一个问题：什么是第四宇宙速度？答：简而言之就是飞出银河系的最小初速度！

第一宇宙速度约为7.9千米每秒，是航天器从地球发射围绕地球做圆周运动而不落回地面的最小速度；第二宇宙速度约为11.2千米每秒，是指物体完全摆脱地球引力束缚，飞离地球的所需要的最小初始速度；第三宇宙速度约为16.7千米每秒，是指在地球上发射的物体摆脱太阳引力束缚，飞出太阳系所需的最小初始速度。

相应的第四宇宙速度就是指在地球上发射的物体摆脱银河系引力束缚，飞出银河系所需的最小初始速度，约为110-120km/每秒。如果能充分利用太阳系的线速度以及地球的线速度，最低航行速度可减小为约82千米每秒，第四宇宙速度的概念最早于1991年被首次提出。在第四宇宙速度之上，还有第五、第六宇宙速度，分别是从地球上发射的物体飞出本星系群以及超星系群的最小初速度。

第二个问题：人类为什么从不提第四、第五、第六宇宙速度？答：不敢想，没必要想，不能证实也不需要！

首先是没意义和不敢想：这是主要原因，在现阶段以人类的科技，只是刚刚拥有跨行星际飞行的能力。所发射的飞行最快，飞的最远的航天器是美国在上世纪发射的旅行者2号和旅行者1号（上图），其中旅行者2号经过两次引力弹弓加速也只是达到17千米每秒，到现在为止刚刚飞跃冥王星还没到达柯伊伯带，距离飞出广义上的太阳系还不知道需要几万年的时间。在这种情况下人类讨论第四宇宙速度，或者讨论飞出银河系根本就没有任何实际意义。甚至不客气的说，第四宇宙速度已经超越了目前人类对宇宙的认识，根本就不敢想，也没必要想，想了也是白想！

其次，第四宇宙速度是无从验证的理论：虽然在现阶段并不能说第四宇宙速度准确与否，但可以肯定的是第四宇宙速度是人类根本无从验证。第一、第二、第三宇宙速度到目前为止人类都进行了验证，但银河系直径有10万光年以上，要用第四宇宙速度飞出银河系至少也需要150000000年以上的时间，人类根本就不可能验证，既不能证实也不能证伪。

第三、也是最关键的：人类根本就不需要第四宇宙速度。在人类可想象的历史尺度，飞出银河系本身就是没有任何意义的一个话题，人类不仅不知道为什么要飞出银河系，甚至在现行的物理框架内人类根本就不可能飞出银河系。退一万步讲，即使是人类有一天真要飞出银河系也必须采取超光速曲率驱动、虫洞时空穿越等这些极端科幻的技术，连宇宙最快的光速都不能满足，何况是要飞1亿5千万年的第四宇宙速度？所以第四、包括第五、第六宇宙速度除了学术价值，完全没有实际意义。

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深度科幻

主要有两个原因:一是第四宇宙速度我们目前还没有应用到，二是我们对第四宇宙速度的计算还很粗略，甚至可能是一个错误的数值。正是由于这两点，我们平时基本不说第四宇宙速度。

所谓第四宇宙速度，指的是人类可以脱离银河系所需的最小速度。为什么说这个数值我们还没应用到呢？因为目前人类的所有太空活动都在太阳系以内，包括旅行者号探测器，距离完全跑出太阳系仍然有很长的路要走。太阳系内的探测过程根本不需要第四宇宙速度，因此我们平时很少听说。

此外，由于我们本身就身处银河系当中，因此对银河系的了解就有了很大的局限，毕竟我们无法从第三视角观察银河系。"不识庐山真面目，只缘身在此山中"说的就是这种情况。我们很难建造一个准确的银河系模型，太阳在银河系的运动方式也很难直观看到，而第四宇宙速度的计算需要我们对银河系有充分的了解。所以现在针对第四宇宙速度我们只能计算一个大概值。

正是由于这两点原因，我们目前几乎不涉及第四宇宙速度。只有到未来人类进行星际旅行的时候，才有可能用到第四宇宙速度。到时候人类为了达到更大的速度，可能会以恒星作为引力弹弓的加速器，就像《流浪地球》中地球依靠木星做加速运动的过程。那时第四宇宙速度就很有用了。

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张家小智儿

宇宙速度

宇宙速度的提法并不很科学，但习惯成自然，用了几十年，

第一宇宙速，行星环绕速度

第二宇宙速，行星脱离速度

第三宇宙速，恒星脱离速度

这划分就不太合理，（但足够人类目前用的）

其实宇宙速度是几组速度

行星环绕速度（与行星大小质量有关）

行星脱离速度

恒星环绕速度（与恒星质量有关）

恒星脱离速度

星系环绕速度（与星系引力有关）

星系脱离速度

星云环绕速度（与星云引力有关）

星云脱离速度

地球的环绕速与水星，火星，土星，木都各不相同

所以第一第二第三那个划分方式就是地球视点，

不过无所谓。

一般也用不到太严格，现在人类还很难做到恒星脱离速度，

旅行者号还在加速，刚到太阳系边缘，

但是对于绕月，绕火星，很显然第一第二第三的提法就会很不好使，

其实更明白的划分是按星级划出

环绕速度和脱离速度，

中心星级天体级不同，环绕速和脱离速就会相差很多。

星辉650

学过中学物理的读者，肯定对宇宙第一，第二甚至第三速度不陌生。其实目前看来，人类可以计算出宇宙的第五宇宙速度。第六宇宙速度只能估测，而第七宇宙速度就超光速了，所以并没有物理意义。

第一宇宙速度是人类最常用到的速度。按照牛顿力学，第一宇宙速度就是卫星的最小发射速度，同时也是最大环绕速度。数值大概为7.9km/s。理论上，只要达到这一速度，那么你就可以脱离地面而环绕地球了。

但是要突破地球的引力束缚，起码要达到宇宙第二速度，这个数值大约为11.2km/s。

比如火星探测器的发射速度先达到宇宙第一宇宙后，绕地球环绕。然后在地球轨道上不断加速到11.2km才能冲出地球。所以宇宙第二速度也叫逃逸地球的速度。

逃出地球以后，接下来还受到太阳的引力作用，如果要摆脱太阳的引力束缚就还需要加速到16.7km/s。这就是宇宙第三速度。

达到这一速度就可以逃出太阳系了，比如旅行者一号的速度就超过第三宇宙速度了。

在电影《流浪地球》中，地球要是想冲出太阳系抵达比邻星，就需要借助木星的引力加速到宇宙第三速度以上。

其实对于人类来说，我们还完全没有能力逃出银河系，因为银河系太大了。旅行者一号光逃出太阳系就需要10万年。逃出银河系起码需要上亿年。

逃出银河系的速度就是宇宙第四速度，数值在120km/s左右。对于人类来说，这简直就是天方夜谭，所以航天领域基本不讨论这一速度。

逃出银河系后，就属于本群星系的范畴了，要摆脱本群星系的引力速度就需要达到宇宙第五速度，其数值起码需要达到1500km/s。

脱离本群星系后，还有本超星系团。科学家预计：脱离本超星系团的第六宇宙速度接近光速。

而达到第七宇宙速度就是要冲出已知宇宙了，其数值会超过光速。所以没有任何物质可以超过光速。于是第七宇宙速度就变得没有意义！

關鍵字: 宇宙速度 脱离 银河系