蒲公英的約定數

第四宇宙速度

其實關於宇宙速度的概念並不難理解，而且我們比較熟悉的是宇宙第一速度、宇宙第二速度、宇宙第三速度。

至於第四宇宙速度，很少被人提及，它的意思是從地球出發，擺脫銀河系的引力，衝出銀河系所需要最低速度，不過，這個宇宙速度很雞肋，因為它的數值還無法確定，甚至可以說這個數值對我們而言並沒有多大意義。那具體是咋回事呢？

宇宙速度的咋來？

我們需要從第一宇宙速度說起，傳統的說法就是第一宇宙速度是環繞速度，不過，我個人覺得這個說法並不容易理解，我們可以從牛頓思考萬有引力定律的方法來理解。牛頓在自己的著作《自然哲學的數學原理》當中，描述了他思考萬有引力定律的方法，我們現在也管這個叫做牛頓大炮。

那具體是咋回事呢？假設我們擁有一臺理想的大炮以及一顆理想的炮彈。

• 自由落體

如果我把炮彈舉高到一定的高度，然後放手，那這個炮彈就會自由落體，掉到地上。

• 拋物線

如果用大炮把炮彈打出去，讓炮彈得到一定的初速度，這時候就是一條拋物線。

• 第一宇宙速度

那如果這個時候，我們讓炮彈打出來的速度達到7.9km/s，那炮彈就可以繞著地球轉圈了。

為什麼會這樣呢？我們可以思考一下剛才的拋物線運動，在炮彈運動過程中，其實地面是幾乎不變的，但是炮彈由於引力作用，就會有一個朝著地面落下的趨勢。

但是，如果我們仔細思考一下，地球其實是個曲面。（地球是球狀的）所以，其實地面是向下彎曲的。之前之所以會落在地上的本質原因是因為地面下落的幅度比炮彈下落的幅度小。如果炮彈下落多少距離，地面就像下落多少距離，那炮彈就永遠不會落到地面上，也就是繞著地球做圓周運動了。

所以，我們管幾乎貼著天體表現做圓周運動的速度叫做：第一宇宙速度。而在地球上速度達到7.9km/s時，就可以做到。

• 第二宇宙速度

但是，如果我們在第一宇宙速度的基礎上不斷地進行加速炮彈，炮彈可能會走一個更大的圈子，但並不一定能夠擺脫地球的引力束縛，說白了就是還在地球的勢力範圍之內。

那什麼時候才能擺脫地球的引力呢？

當速度達到一定程度時，也就是第一宇宙速度的1,41倍（實際就是根號二倍），這個時候就可以擺脫地球的引力束縛，在地球上這個速度是11.2km/s，也被我們稱為第二宇宙速度。

• 第三宇宙速度

而第三宇宙速度也好理解，就是要擺脫太陽的引力束縛，離開太陽，這個速度是多少呢？通過萬有引力定律進行求解，得到的結果是16.7km/s。

（這裡要注一下，第三宇宙速度指的是在地球上出發，擺脫太陽引力束縛所需要的最低速度。）

無論是哪個宇宙速度，說白了都和引力自身是息息相關的。

第四宇宙速度

• 對銀河系的瞭解不夠

而第四宇宙速度，是從地球出發，要擺脫銀河系的最低速度。這意味著它自身會和銀河系的質量有關係。但這時候問題就來了，銀河系邊界在哪，我們是不能確切知道的，下面這張我們常看到的銀河系的圖，實際上是觀測+模型+理論計算得到的。我們會發現，關於銀河系的半徑一直在變化，銀河系的恆星數也一直在調整，這些變化和調整就是基於更先進的觀測技術得到的。

而更本質的原因是，我們沒能力到銀河系的上方給銀河系拍照。

但這還不是最難做到的，畢竟上文講的都是我們可以觀測到的銀河系的情況，但銀河系當中還存在著我們看不到的東西，那就是暗物質，而且暗物質的含量還不少，就宇宙總體來看，暗物質的比例比已知物質的5倍還要多。

也就是說，我們甚至都無法知道銀河系當中暗物質的提供的引力到底有多少。基於許多的不確定性，我們很難能夠得到從地球出發，脫離銀河系引力所需的最低速度到底是多少，因此這個第四宇宙速度的大小也就確定不下來了，變得很雞肋。

• 沒有實際的指導意義

當然，讓第四宇宙速度變得更加無意義的是，目前的技術根本不足以讓人類脫離銀河系。人類現在的探測器只能勉強擺脫太陽的引力，勉強離開太陽，人類對它們的控制力幾乎為0。而太陽的尺度相對於銀河系簡直小到像一粒沙子。銀河系像太陽這樣的天體大概就有1500億~4000億顆，恆星系數不勝數，銀河系的半徑都有幾萬光年的尺度，也就是跑都要跑幾萬年，這對於人類而言簡直就是天文數字，何談擺脫銀河系的引力？

因此，第四宇宙速度也是在實際使用中根本涉及不到的。

基於以上兩點，才會使得第四宇宙速度很少被提及。

鍾銘聊科學

第四宇宙速度指的是銀河系的逃逸速度，然而銀河系的質量如今還沒有一個準確值，按照目前估計的銀河系質量來計算，銀河系的逃逸速度是550km/s，這個速度對目前的我們來說還只存在於科幻小說中。

這些宇宙速度雖然都是物理學名詞，但人類從1957年發射第一顆人造衛星以來到現在，用到最多的也只是第一宇宙速度和第二宇宙速度而已，真正達到過第三宇宙速度的航天器只有上世紀發射的旅行者一號和二號以及2006年發射的新視野號。

所謂的第四宇宙速度只是飛出銀河系所需要的最小速度，事實上只用這個速度飛出銀河系是不可能的，銀盤的邊緣厚度都達到了3000光年，以550km/s的速度飛出去需要的時間遠遠超過人類的壽命。

對於現在連大規模進入太空都做不到的我們來說，第四宇宙速度只是理論上存在的一個數字，我們還需要在第一宇宙速度和第二宇宙速度上“徘徊”想當長一段時間，直到人類科學取得新的重大突破。

宇宙觀察記錄

因為不好用，“食之無味棄之可惜”來形容第四宇宙速度正合適，為什麼這麼說？先了解一下幾個宇宙速度的基本定義再解答。

第一宇宙速度：環繞速度。

第一宇宙速度又稱：航天器最小發射速度、航天器最大運行速度、環繞速度，是指以地面為參照物達到7.9千米每秒的運行速度。簡單來說，當你在地球上，以這個速度扔出一個物體之後，這個物體就可以一直圍繞著地球做勻速圓周運動，而不會落向大地。

第一宇宙速度對於我們最主要的運用，就是人造衛星了。人造衛星的出現改變了現代人的生活，但實際上環繞地球的衛星，會比這個速度小一點。

因為，按照力學理論計算出的 7.9 公里/秒，只能保證衛星沿著地球表面運行。實際上，地球表面存在稠密的大氣層，衛星不可能貼近地球表面作圓周運動，必需在 150 公里以上，才能繞地球作圓周運動。隨著高度的增加，地球對衛星的引力會減小，因此在此高度下的環繞速度約為 7.8 千米/秒。

第二宇宙速度：地球逃逸速度。

當以地面為參照物，發射物體的速度達到11.2千米每秒，即第一宇宙速度的 √2 倍，這個物體就能沿一條拋物線軌道逃離地球引力的束縛，飛向宇宙。

第二宇宙速度的本質其實是一物體的動能克服該物體的重力勢能時，該物體所需達到的最小速度。達到了這個速度才能實現太空探索，大大小小的探測器才能造訪我們太陽系的鄰居們。

值得注意的是，月球並未擺脫地球引力的範圍，所以從地面發射探月航天器，是不需要達到第二宇宙速度的，實際上其初始速度不小於10.848千米每秒即可。

嫦娥四號任務月球車效果圖

第三宇宙速度：太陽系逃逸速度。

在充分利用地球公轉速度的情況下，即飛行器入軌速度與地球公轉速度方向一致時，以地面為參照物，飛行器的速度達到16.7千米每秒時，就能沿雙曲線軌道飛離地球，並能脫離太陽的引力，飛出太陽系。而這個速度是以離太陽表面無窮遠處勢能為0而求出的最小值。

目前人類唯一運用了第三宇宙速度的探測器就是“旅行者1號”（Voyager 1）。上個世紀70年代，NASA將代表人類最高成就的太空科技產品的旅行者1號發射了出去，它的任務就是飛出太陽系。在經過木星土星引力彈弓加速後，現在它已駛入了外太陽系，截止到2018年11月它仍然正常，不出意外它會成為第一個飛出的人造物體。

旅行者1號、2號的運動軌跡

被科學界公認的大三宇宙速度之間的關係

當發射速度V與宇宙速度分別有如下關係時，被髮射物體的情況將有所不同：

第一種情況：當v

第二種情況：當第一宇宙速度≤v衛星”；

第三種情況：當第二宇宙速度≤v

第四種情況：當v≥第三宇宙速度時，被髮射物體將飛出太陽系。

第四宇宙速度：銀河系逃逸速度。

以地球為參照物，目前網上估算的是發射速度貌似達到120千米每秒時，才有可能擺脫銀河系的引力束縛，飛離銀河系。

但其實這個速度是一個不太靠譜的結論，它並沒有被科學界確認，它更多出現在科幻或科普讀物中。

為什麼說第四宇宙速度不太靠譜？

首先，逃逸速度取決與要逃逸目標的質量。對於銀河系，整體質量到底有多重？我們目前沒有一個確定的答案。再加上銀河系暗物質的發現，讓銀河系的質量之謎更加撲朔迷離。

其次，目前的第四宇宙速度的數值，僅僅是依據牛頓的萬有引力給出的一個估算。但對於像銀河系這樣大的一個宇宙尺度，以萬有引力公式計算，會產生相當大的誤差。

最後，以人類目前掌握的化石燃料，要把推進器的速度提升到預估的第四宇宙速度，是永遠不可能的，除非人類再掀起一場能源革命。

第四宇宙速度更像人們根據經典認知，給出的一個推論。他和大多數前沿物理理論一樣，無法驗證，但為什麼這個速度，反而容易被大家所接受，而前沿物理理論的一些概念卻無法被大家接受呢？原因僅僅是因為，這種速度推論的邏輯，符合人們的日常經驗認知。

另外，第四宇宙速度，以及第二第三宇宙速度，都是一個逃逸的最低速度。他們最大的作用在於告訴我們，要逃離我們的所在地所需要的最低能量是多少？

然而，對於銀河系這樣超大的距離，即便人類以後有能力飛離銀河系，也絕對不會以第四宇宙速度來飛離銀河系，因為這樣需要花費的時間太長了。人類至少要掌握了近光速或者超光速移動的方法，才有可能飛離銀河系。

總結

在人類的科技實力，沒有突破性進展的前提下，討論第四宇宙速度，是完全沒有意義的。套用奧康姆剃刀原理所說的，如無必須，勿增實體。

想法捕手

簡單講，之所以第四宇宙速度很少被提到，是因為第四宇宙速度對於我們來說沒有多大的實際意義，目前人類的一切航天活動都不會涉及到第四宇宙速度，用“食之無味棄之可惜”來形容比較貼切！

第一第二第三宇宙速度我們都很熟悉了，在航天科技上經常用到，第一宇宙速度7.9千米每秒就是成為地球衛星的速度，第二宇宙速度11.2千米每秒就是逃離地球引力環繞太陽運行的速度，第三宇宙速度16.7千米每秒就是逃離太陽引力圍繞銀河系運行的速度！

第四宇宙速度是逃離銀河系的速度，大約120千米每秒，目前的人類科技很難達到這個速度，銀河系直徑至少20萬光年，逃離銀河系目前看來沒有任何可能性，在遙遠的未來，人類或許會習慣用到第四宇宙速度！

事實上除了第四宇宙速度，還有更高級別的宇宙速度，比如第五，第六甚至第七宇宙速度！

第五宇宙速度為逃離本星系群的速度，本星系群包括了銀河系，仙女座星系等在內的數十個星系，逃離本星系群的速度大約為1500千米每秒！

本星系群又隸屬於室女座超星系團，逃離超星系團的速度已經接近光速，這就是第六宇宙速度！

而第七宇宙速度指的是逃離宇宙的速度，這個速度已經超過光速，當然沒有更多速度能夠超越光速，所以第七宇宙速度更多的是一種假設和想象的速度，沒有實力意義！

宇宙探索

這個問題非常有意思，人類為什麼很少有人說第四宇宙速度？這和第五宇宙速度、第六宇宙速度有異曲同工之妙。答案很簡單也很現實，人類在現階段不敢想；也沒必要想；想了也是白想。不僅是科學家不提，甚至在科幻小說中也很少提，因為這個目標實在是要求太高了。

第一個問題：什麼是第四宇宙速度？答：簡而言之就是飛出銀河系的最小初速度！

第一宇宙速度約為7.9千米每秒，是航天器從地球發射圍繞地球做圓周運動而不落回地面的最小速度；第二宇宙速度約為11.2千米每秒，是指物體完全擺脫地球引力束縛，飛離地球的所需要的最小初始速度；第三宇宙速度約為16.7千米每秒，是指在地球上發射的物體擺脫太陽引力束縛，飛出太陽系所需的最小初始速度。

相應的第四宇宙速度就是指在地球上發射的物體擺脫銀河系引力束縛，飛出銀河系所需的最小初始速度，約為110-120km/每秒。如果能充分利用太陽系的線速度以及地球的線速度，最低航行速度可減小為約82千米每秒，第四宇宙速度的概念最早於1991年被首次提出。在第四宇宙速度之上，還有第五、第六宇宙速度，分別是從地球上發射的物體飛出本星系群以及超星系群的最小初速度。

第二個問題：人類為什麼從不提第四、第五、第六宇宙速度？答：不敢想，沒必要想，不能證實也不需要！

首先是沒意義和不敢想：這是主要原因，在現階段以人類的科技，只是剛剛擁有跨行星際飛行的能力。所發射的飛行最快，飛的最遠的航天器是美國在上世紀發射的旅行者2號和旅行者1號（上圖），其中旅行者2號經過兩次引力彈弓加速也只是達到17千米每秒，到現在為止剛剛飛躍冥王星還沒到達柯伊伯帶，距離飛出廣義上的太陽系還不知道需要幾萬年的時間。在這種情況下人類討論第四宇宙速度，或者討論飛出銀河系根本就沒有任何實際意義。甚至不客氣的說，第四宇宙速度已經超越了目前人類對宇宙的認識，根本就不敢想，也沒必要想，想了也是白想！

其次，第四宇宙速度是無從驗證的理論：雖然在現階段並不能說第四宇宙速度準確與否，但可以肯定的是第四宇宙速度是人類根本無從驗證。第一、第二、第三宇宙速度到目前為止人類都進行了驗證，但銀河系直徑有10萬光年以上，要用第四宇宙速度飛出銀河系至少也需要150000000年以上的時間，人類根本就不可能驗證，既不能證實也不能證偽。

第三、也是最關鍵的：人類根本就不需要第四宇宙速度。在人類可想象的歷史尺度，飛出銀河系本身就是沒有任何意義的一個話題，人類不僅不知道為什麼要飛出銀河系，甚至在現行的物理框架內人類根本就不可能飛出銀河系。退一萬步講，即使是人類有一天真要飛出銀河系也必須採取超光速曲率驅動、蟲洞時空穿越等這些極端科幻的技術，連宇宙最快的光速都不能滿足，何況是要飛1億5千萬年的第四宇宙速度？所以第四、包括第五、第六宇宙速度除了學術價值，完全沒有實際意義。

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深度科幻

主要有兩個原因:一是第四宇宙速度我們目前還沒有應用到，二是我們對第四宇宙速度的計算還很粗略，甚至可能是一個錯誤的數值。正是由於這兩點，我們平時基本不說第四宇宙速度。

所謂第四宇宙速度，指的是人類可以脫離銀河系所需的最小速度。為什麼說這個數值我們還沒應用到呢？因為目前人類的所有太空活動都在太陽系以內，包括旅行者號探測器，距離完全跑出太陽系仍然有很長的路要走。太陽系內的探測過程根本不需要第四宇宙速度，因此我們平時很少聽說。

此外，由於我們本身就身處銀河系當中，因此對銀河系的瞭解就有了很大的侷限，畢竟我們無法從第三視角觀察銀河系。"不識廬山真面目，只緣身在此山中"說的就是這種情況。我們很難建造一個準確的銀河系模型，太陽在銀河系的運動方式也很難直觀看到，而第四宇宙速度的計算需要我們對銀河系有充分的瞭解。所以現在針對第四宇宙速度我們只能計算一個大概值。

正是由於這兩點原因，我們目前幾乎不涉及第四宇宙速度。只有到未來人類進行星際旅行的時候，才有可能用到第四宇宙速度。到時候人類為了達到更大的速度，可能會以恆星作為引力彈弓的加速器，就像《流浪地球》中地球依靠木星做加速運動的過程。那時第四宇宙速度就很有用了。

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張家小智兒

按照前三個宇宙速度的定義，第四宇宙速度屬於逃離銀河系的最小速度。這個第四宇宙速度雖然有定義，但是其本身並沒有多少意義。

前三個宇宙速度一個是環繞地球的最小速度，靠著這個人們可以發射人造衛星上天，和我們的日常生活比較近，計算上面也經常用得到。而第二宇宙速度是擺脫地球引力的速度，比如我們發射月球探測器，發射火星探測器等等，都需要和這個速度打交道。而第三宇宙速度屬於擺脫太陽系引力的速度，主要是擺脫太陽引力的速度，因為太陽一個人佔了整個太陽系98%以上的質量。知道了這個速度，我們就可以設計出可以飛出太陽系的飛船了，比如旅行者一號的速度已經達到了17km/s，超過了第三宇宙速度16.7km/s，所以我們可以確信旅行者一號只要不撞毀，肯定可以飛出太陽系而非繞圈圈。所以第三宇宙速度對於航空航天也是意義重大。

唯有第四宇宙速度名不符其實，是雞肋般的存在。因為銀河系直徑都有10+光年，我們一輩子也不可能飛出去，也不可能知道整個銀河系的具體質量，所以這個速度數值對於我們來說更本就沒啥用，而且還得不到準確的數值。即便是我們未來可以飛出銀河系了，那也會通過光速或者超光速飛行的方式，而非剛好達到第四宇宙速度。所以這個速度也很少人提及。

科學探秘頻道

答：因為人類對宇宙的探索，還遠遠沒有達到考慮第四宇宙速度的的層面，第四宇宙速度大約是120km/s。

人類現在的飛行器，能達到第三宇宙速度（16.7km/s），這是相對於地球參考系，能飛出太陽系的最小發射速度，如果藉助木星、土星的引力彈弓效應，發射速度還可以進一步降低。

比如旅行者一號和二號，就藉助了引力彈弓效應，達到脫離太陽引力的速度，目前朝著太陽系外飛去。

第四宇宙速度，指的是在地球上發射的物體，能完全脫離銀河系引力的最低發射速度，大約120km/s，這只是估計值，因為銀河系的精確質量目前還存在爭議。

人類目前的航天技術，根本無法達到如此高的發射速度，最厲害的火箭推進器，能把飛船加速到20km/s左右，這已經是化學燃料火箭的極限了。

有人可能會想到，帕克太陽探測器的速度，最高達到了200km/s，不是已經遠遠超過了第四宇宙速度嗎？

其實這個理解是錯誤的，帕克太陽探測器的發射速度不超過17km/s，然後在逐漸接近太陽時，被太陽的引力加速到了200km/s，如果帕克太陽探測器背朝太陽方向飛行，根本就飛不出太陽系。

太陽圍繞銀河系中心公轉，公轉週期大約2.26億年，公轉速度240km/s，地球上發射的探測器，藉助了太陽系的公轉速度才得到第四宇宙速度。

此外還有第五宇宙速度，表示擺脫本星系群的最低速度，大約2000km/s；還有第六宇宙速度，表示擺脫本超星系團的最低速度，這個速度接近光速。

如果未來人類實現了星際航行，造出了曲速飛船，那麼就可以自由地在各星系間航行，飽覽宇宙的宏偉和壯觀。

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宇宙速度

宇宙速度的提法並不很科學，但習慣成自然，用了幾十年，

第一宇宙速，行星環繞速度

第二宇宙速，行星脫離速度

第三宇宙速，恆星脫離速度

這劃分就不太合理，（但足夠人類目前用的）

其實宇宙速度是幾組速度

行星環繞速度（與行星大小質量有關）

行星脫離速度

恆星環繞速度（與恆星質量有關）

恆星脫離速度

星系環繞速度（與星系引力有關）

星系脫離速度

星雲環繞速度（與星雲引力有關）

星雲脫離速度

地球的環繞速與水星，火星，土星，木都各不相同

所以第一第二第三那個劃分方式就是地球視點，

不過無所謂。

一般也用不到太嚴格，現在人類還很難做到恆星脫離速度，

旅行者號還在加速，剛到太陽系邊緣，

但是對於繞月，繞火星，很顯然第一第二第三的提法就會很不好使，

其實更明白的劃分是按星級劃出

環繞速度和脫離速度，

中心星級天體級不同，環繞速和脫離速就會相差很多。

星輝650

學過中學物理的讀者，肯定對宇宙第一，第二甚至第三速度不陌生。其實目前看來，人類可以計算出宇宙的第五宇宙速度。第六宇宙速度只能估測，而第七宇宙速度就超光速了，所以並沒有物理意義。

第一宇宙速度是人類最常用到的速度。按照牛頓力學，第一宇宙速度就是衛星的最小發射速度，同時也是最大環繞速度。數值大概為7.9km/s。理論上，只要達到這一速度，那麼你就可以脫離地面而環繞地球了。

但是要突破地球的引力束縛，起碼要達到宇宙第二速度，這個數值大約為11.2km/s。

比如火星探測器的發射速度先達到宇宙第一宇宙後，繞地球環繞。然後在地球軌道上不斷加速到11.2km才能衝出地球。所以宇宙第二速度也叫逃逸地球的速度。

逃出地球以後，接下來還受到太陽的引力作用，如果要擺脫太陽的引力束縛就還需要加速到16.7km/s。這就是宇宙第三速度。

達到這一速度就可以逃出太陽系了，比如旅行者一號的速度就超過第三宇宙速度了。

在電影《流浪地球》中，地球要是想衝出太陽系抵達比鄰星，就需要藉助木星的引力加速到宇宙第三速度以上。

其實對於人類來說，我們還完全沒有能力逃出銀河系，因為銀河系太大了。旅行者一號光逃出太陽系就需要10萬年。逃出銀河系起碼需要上億年。

逃出銀河系的速度就是宇宙第四速度，數值在120km/s左右。對於人類來說，這簡直就是天方夜譚，所以航天領域基本不討論這一速度。

逃出銀河系後，就屬於本群星系的範疇了，要擺脫本群星系的引力速度就需要達到宇宙第五速度，其數值起碼需要達到1500km/s。

脫離本群星系後，還有本超星系團。科學家預計：脫離本超星系團的第六宇宙速度接近光速。

而達到第七宇宙速度就是要衝出已知宇宙了，其數值會超過光速。所以沒有任何物質可以超過光速。於是第七宇宙速度就變得沒有意義！

關鍵字: 宇宙 科學 速度