03.02 離開地球多遠就無法回來了?

xiaolong281at


有物理知識的讀者知道,引力作用的範圍是無限遠的,如果宇宙有邊界,在宇宙的邊界仍有地球的引力。

如果一個物體受到了地球的引力,並且這個引力沒有被其他力平衡或者這個力沒有充當向心力,那麼根本牛頓運動定律這個物體必然在地球引力作用下產生了一個指向地球的加速度,最終必然會撲向地球。我想提問者主要想問地球的引力作用範圍,在無限遠處,仍有地球的引力,只不過是很微弱的,並不能起到主導作用,因此地球研究地球引力主導的範圍才是有意義的。

我們稱地球引力主導的範圍為希爾球,半徑大概150萬公里,在這個範圍內,地球的引力是主導力,如果在這個範圍以外,則主要受到太陽的作用力。

除了地球以及天體的作用力外,離開地球后能否回來的另一個決定性因素就是離開地球后環繞地球的速度。

地球同步衛星的軌道高度是36000公里,東方紅一號的近地點軌道僅有430公里,一些用於軍事偵查的衛星高度只有100多公里,這些衛星軌道高度不同,但是都沒有落下來,是因為他們都在圍繞地球旋轉,地球的引力充當了衛星的向心力。

如果這些衛星速度變慢,軌道高度必然在地球引力作用下會逐漸降低,最終回到地球,這也是近地衛星壽命短的原因,因為近地衛星會受到大氣阻力等因素的影響,速度會減小,最終就會落回地球。

如果問離開地球多快就無法回來就與三各宇宙速度有關,在動力充足的前提下,達到第二宇宙速度就就很難再次回到地球,畢竟地球的在宇宙中噸位不夠大,捕捉一個衛星還是有很大困難的。

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核先生科普


理論上來說,只要飛行器攜帶了足夠的燃料,那麼最終它都是能夠飛回地球的,但是考慮到現有的技術,人類估計最遠也就能夠飛到月球上然後返回,更遠的地方去了應該就沒有那麼容易回得來了。


人類去過的最遠的地方就是距離我們38萬公里的月球,去了月球之後人類還可以安全返回,這是50年前的事情了,最近美國有計劃登陸火星,具體的時間點在2030年,不過照目前的情況看來,想要實現這一目標,顯然不是易事,也不知道美國到底能不能給我們帶來驚喜。截止目前為止,飛行距離最遠的人造物體是42年前發射升空的旅行者一號探測器。

到目前為止,旅行者一號跟地球的距離已經超過了200億公里,現在它的飛行速度達到了每秒17公里左右。除了旅行者一號之外,最近日本發射了一個隼鳥號探測器,它飛往一個小行星之後成功登陸,在採集樣本之後,又重新回到地球。另外,NASA最近發射的奧西里斯號探測器正在飛往一顆名為貝努的小行星,並且計劃在2023年帶著小行星的樣本返回地球。


嚴格來說,離開地球之後,是沒有什麼神秘的力量能夠阻止你不能回到地球的,只要你有足夠的燃料可以回到地球,那麼你就可以回來。想要離開地球的話,速度是關鍵,我們知道,地球對其表面的物體存在著強大的引力作用,這個作用使得物體想要逃離地球變得沒有那麼簡單。你朝天上扔一個小球,小球最終還是會掉到地面上來,這是因為在小球上升的過程中,受到地球的引力作用,小球的速度會越來越小,最終速度變成零,然後自由落體回到地面。


如果物體的速度達到第一宇宙速度,那麼它就可以一直圍繞地球做圓周運動,永遠也不會掉下來,這個速度為7.9千米每秒;而當物體的速度達到第二宇宙速度,它就可以不圍繞地球運行,而是圍繞太陽運行,這個速度是11.2千米每秒;而速度進一步加大到16.7千米每秒的時候,物體就可以脫離太陽系的束縛,直接飛往更廣闊的宇宙空間。所以說,如果想要離開地球之後再也不回來,那麼速度達到第一宇宙速度就可以了,物體可以一直圍繞地球運行,永遠也不會掉下來,而這個距離僅僅離地表只有幾百公里。


鏡像科普


答:提問存在歧義,缺少其他前提條件。


飛行器離開地球再回到地球,並沒有什麼不可跨越的屏障,地球之外又不全是黑洞;所以,只要飛行器的動力足夠,就能飛回地球。



不過,以人類目前的能力,是無法飛出太陽系後再飛回來的。

比如目前飛得最遠的旅行者一號,40年飛了210多億公里,在2012年8月25日穿過了太陽圈,正式進入真正的星際空間。


目前旅行者1號的速度是17km/s,攜帶的電力幾乎用完,大部分設備都已停止工作;所以,旅行者1號是沒有動力飛回地球的,只能憑藉慣性在星際空間中飄蕩,等待著其他智慧生命發現它。



目前人類的空間推進方式,採用的是傳統化學燃料,該推進方式的效率非常低,為了使小小的飛船達到很高的速度,往往需要很大燃料質量比。比如阿波羅登月飛船,其攜帶的燃料,就佔了飛船總質量的80%以上。


所以,未來的人類在星際空間和地球間來返,必定需要全新的推進方式,比如等離子推進器,空間曲速推進器等等。




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艾伯史密斯


一個物體能不能夠離開地球,不僅僅是取決於有多遠,更關鍵的是取決於這個物體有多快的運動速度。

我們知道,地球存在引力作用,物體飛離地球就是抗拒這股引力作用向遠方運動,理論上引力的作用範圍是無限遠的。但是,距離地球越遠、引力作用越小。為什麼你往上扔一個小球,小球還會掉回到地面上?這是因為小球在向上運動的時候,引力作用會讓這個小球的速度越來越慢,某一個時刻小球向上飛行的速度會變成0,然後被引力重新拉回到地面上。

所以說,如果運動速度為0,那麼從理論上說,就是把這個物體放到宇宙的邊緣上,地球還是能夠用引力把這個物體拉回來,多遠都沒有用;但是如果運動速度很快,比如說就貼著地球飛行的那些衛星,只要沒有空氣阻力的作用,那麼這些衛星就會永遠繞著地球飛行、再也不會回到地面上。比如說下圖在地球周圍高速運動的物體,如果不考慮空氣阻力作用,這些物體永遠都不會回到地球地面上。

所以我們說的第一宇宙速度、第二宇宙速度就是來描述擁有多高的速度可以離開地球。達到第一宇宙速度的時候飛行器可以繞著地球飛行,再也不回到地面上;達到第二宇宙速度,如果不考慮除了地球之外的天體產生的引力作用,那麼這個物體就可以一直飛到天邊。第三宇宙速度則是考慮了太陽的引力作用之後,這個物體想要飛到天邊所需要的速度。

因此,為了讓衛星可以飛離地面再也不落下、甚至於可以飛離地球,再也不回來,所以我們需要用火箭把衛星加速到極高的速度,如下圖所示,火箭發射衛星的過程實際上就是巨大的火箭給衛星加速的過程。

這麼解釋你聽懂了嗎?


航小北的日常科普



這個問題有些不清楚,沒有設定條件。是指現在的技術呢還是將來的技術呢?是載人飛行呢還是無人探測呢?不同的條件有不同的答案。

目前人類載人飛行離開地球最遠的就是到過月球,而且只有一個國家到過,其他國家目前都還沒有這個能力在地外天體上落過腳。而無人探測器已經探測了太陽系所有的星球,最遠的旅行者1號已經飛出了200多億公里,目前還能接受到它的信息,如果一定召喚它回來的話,難度肯定很大了,因為它的能源已經快耗盡了,很難在實行變軌定向了。而且這個飛行器本來就不是計劃要回來的,而是飛出太陽系,向深空送去人類的問候和座標。


我想憑著NASA當前的航天技術,要發射一顆無人探測器從太陽系最遠行星海王星軌道召回,大概是有可能的。

現在新地平線號探測器已經完成冥王星探測任務,已到達柯依伯帶,啟動探測小行星新增加的任務。如果回收此類探測器是有這個能力的,但付出的代價和回收技術難度會較大,到了地球軌道,需要派出一架航天飛機去把他它回來。所以沒有價值和必要。

載人航天近十幾年最宏偉的計劃就是載人登陸火星計劃了,NASA已經宣佈了在2033年左右實施這個計劃。

最近的計劃是在2020年載人重返月球,在月球背面登陸,並在月球軌道載人航行一年以上,還要再月球建立星空之門。這些計劃最大的目的就是為載人登陸火星做準備,實際上是利用十幾年的時間,為登陸火星進行實戰演練。這個計劃已經得到了美國總統特朗普的批准並命令執行。

人類的載人航天還有一個“百年星艦”計劃,這個計劃2010年由美國NASA提出,這個計劃2012年得到美國時任總統比爾·克林頓的支持,並得到了DARPA(美國國防部高級研究計劃局)的資助。

這項計劃於2012年9月13日在美國休斯頓啟動。“百年星艦”計劃旨在未來100年內,開發出成熟的長距離載人宇宙飛船,載人飛往太陽系外的星際空間,進行恆星際遠航。

這項計劃的具體內容是建造一艘數萬噸級的宇宙飛船,用核聚變能源驅動,能以12%光速飛行,載人飛往太陽系以外,飛到最近的恆星半人馬座的比鄰星有4.22光年,需要50年左右的時間。

也就是說一個人如果20歲登船的話,到達這個最近的目的地也已經70歲了,所以對每個宇航員來說這是一張有去無回的單程船票,這些為人類太空探索事業首批遠航者將永遠的留在太空,幸運的話會成為人類第一批太陽系外移民。



事實上,火星計劃也是該項目的一個環節。NASA埃莫斯研究中心主任西蒙·沃登說,美國預計2030年左右將把4名志願者送上火星,成為首批地外居民。

沃登表示,招募志願者的前期工作,早在2010年時就已經展開。1992年進入太空的第一位黑人女宇航員梅·傑米森,有幸被挑選為“百年星艦”計劃的首任機長,她已經50多歲,有志為人類星際探索活動獻身。


但“百年星艦”計劃是一個長期而艱鉅的任務,有很多意想不到的難題要解決,投資也十分巨大,很可能需要全世界力量的參與。

不管怎樣這項計劃已經啟動,而且一環扣一環的進入實施中,時空通訊認為,人類過去克服了種種困難走向了太空,今後也一定能夠征服更深遠的太空。

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時空通訊



目前人類踏足過最遠的地方是38萬公里外的月球,阿姆斯特朗和奧爾德林是第一批踏上月球並安全返回的人類,但在他們之後NASA啟動的阿波羅13號任務卻出現了失誤,這場經歷後來還被拍成了同名電影《阿波羅13號》

阿波羅13號任務的三名機組人員是迄今為止最有可能永遠回不到地球的一批人,但他們最後成功用月球引力加速以及關閉絕大部分用電設備的方式活著回來了,後來人們把阿波羅13號稱為“最成功的失敗”

從航空航天的角度來說,只要航天器的燃料足夠且水和氧氣足夠,並且宇航員距離地球不是太遠的話就都能回到地球,目前唯一有可能發生意外就再也回不了地球的情況只有未來載人登陸火星的時候。

載人登火不比載人登月,畢竟人類前往月球只需要幾天甚至更短,而前往火星則需要大半年的時間,可以說星際飛船一旦離開地月系那麼地球方面就再也無法及時救援宇航員了,所以說以目前的技術載人登陸火星是風險很大的一項工程。

《火星救援》中的馬特.達蒙是靠著之前已經存在的火星基地和各種設備才在火星上培育出了土豆,饒是這樣也得靠地球方面的救援飛船才能成功脫困。

科幻小說中的曲率驅動飛船幾乎擁有無限的航程,可以讓內部的人類藉助時間膨脹效應在有生之年到達宇宙的任何地方,但那畢竟是科幻小說,現實中飛的最遠的旅行者系列探測器也不過飛了幾光時而已。


宇宙探索未解之迷


首先,我們要逃離地球宇宙第一速度,不然你永遠都不能離開地球,第二高度只少要400公里以上。且看下面分析。

01

逃逸地球引力的速度

第一宇宙速度(V1): 航天器沿地球表面作圓周運動時必須具備的速度,也叫環繞速度。第一宇宙速度兩個別稱:航天器最小發射速度、航天器最大運行速度。在一些問題中說,當某航天器以第一宇宙速度運行,則說明該航天器是沿著地球表面運行的。按照力學理論可以計算出V1=7.9公里/秒。

總結一下,如果發射衛星達到7.9公里/秒,這個就是繞地球運行的衛星,就像月亮一樣,始終繞地球運行。

第二宇宙速度(V2):當航天器超過第一宇宙速度V1達到一定值時,它就會脫離地球的引力場而成為圍繞太陽運行的人造行星,這個速度就叫做第二宇宙速度,亦稱逃逸速度。按照力學理論可以計算出第二宇宙速度V2=11.2公里/秒。由於月球還未超出地球引力的範圍,故從地面發射探月航天器,其初始速度不小於10.848公里/秒即可。

總結一下,如果衛星達到11.2公里/秒,這個就是圍繞太陽運轉的行星了,就像我們地球一樣始終圍繞太陽運行。

第三宇宙速度(V3):從地球表面發射航天器,飛出太陽系,到浩瀚的銀河系中漫遊所需要的最小速度,就叫做第三宇宙速度。按照力學理論可以計算出第三宇宙速度V3=16.7公里/秒。

總結一下,如果達到這個16.7公里/秒,那就擺脫太陽系的引力,就一起不復返了。

02

離開地球達到多高的高度不會掉下來

國際上通行的是100公里以下為各國領空,未經允許不得進入,所以即使不考慮空氣阻力,衛星最低軌道高度也必須大於100公里。

在70-80年代,由於探測技術不是太好,為獲得高分辨率圖像,有些國家確實發射過軌道高度只有100多公里的間諜衛星。但由於軌道高度太低,空氣阻力過大,這類衛星的壽命非常短。

目前已經沒有國家發射200公里以下軌道高度的衛星了,最低軌道高度也在300公里左右。有些採用大橢圓軌道的衛星,其近地點高度也只有250公里左右。但再低的就沒有了。

舉例;高度200公里

俄羅斯1957年10月4日晚,“衛星號”運載火箭攜帶世界上第一顆人造地球衛星“CΠ-1”號在拜科努爾發射場發射成功。它的運行軌道的近地點215千米,遠地點947千米,軌道是一個傾角為65度,週期為96.2分的橢圓形軌道。它在軌道上一共運行了92天,繞地球飛行約1400圈。

舉例:高度400公里

東方紅一號是我國第一顆人造地球衛星,1970年發射升空至今已經48年了,實際上使用了28天,28天之後東方紅一號由於電池沒電從本而和地面失去聯繫,由於東方紅一號本身就是高軌道衛星,基本上沒有阻力來讓東方紅一號減速 所以東方紅一號可以依靠慣性一直待在天上不掉下來。

東方紅一號就是這樣的典型。1970年發射上天后,近地點為429千米,遠地點是2036千米

總結:這個答案就有了,我們火箭的速度至少要7.9公里/每秒,高度至少要在400公里左右,衛星基本永遠不回來了。

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首先,要想離開地球,無非兩方面,有持續不斷的足夠動力或者到達第一宇宙速度,那麼要想回到地球,無非也幾點,有沒有回到地球的動力或者能不能降低自身速度。最主要一點,地球引力作用減弱到了什麼程度。

離開地球多遠無法回來,這個問題真不好回答,影響到的因素真的非常多,以地月距離為例,月球因為距離地球較遠,地球引力效果比較弱,公轉速度只有1千米每秒左右,產生的向心作用力就能夠抗衡地球引力,從而不被地球真正意義上捕獲,撞擊地球,二者處於引力與離心力(虛擬力)平衡狀態。



所以,在月球軌道上,只要你具有超過一千米每秒的速度,沒有外來力帶你推近地球,基本上就回不來了,太空雖然不屬於理想真空狀態,但要依靠減速減小離心力,使引力佔據上風拉你回去,基本要等上個十萬八千年~因為減速效果太微弱了。離地球越遠,越難回來,由於引力作用不斷減弱,所需要抗衡地球引力的公轉速度就會越來越小。或許距離遠到一定程度,哪怕一秒一米,你都無法回來了。


再比如,如果你速度能夠達到每秒11.2千米的逃逸速度,可以這樣說,你離開地面那一瞬間,哪怕離開地面一毫米,你就永遠回不來了。

在有其它返回動力的情況下,可以這樣說,只要哪天科技足夠發達,哪怕你出太陽系,出銀河系,你還是能夠回來的。但是相對人類目前最遠返回也只到月球返回,人類要走的路還很遠很遠。


壹點科譜


理論上,只要飛船有燃料,無論它離開地球有多遠,它最終都能飛回地球。地球並沒有什麼特殊的力在作用,使得遠離地球的物體無法返回。要知道,遙遠星系發出的光走了100多億年,最後還是能夠到達地球。

在人類數十年的航天活動過程中,我們目前去過最遠的地方是月球,並且去了之後可以安全返回。除了近地衛星和飛船之外,最近一次返回地球的人造物體是日本的隼鳥號探測器,它把小行星樣本帶回了地球。NASA的奧西里斯號(OSIRIS-REx)正在飛近貝努小行星,計劃在2023年帶回小行星的樣本。

除此之外,雖熱人類向更為遠離地球的地方發射了大量的無人探測器,但出於成本考慮,這些探測器都是一去不復返的。例如,好奇號火星漫遊車會一直在火星上工作直至報廢,兩艘旅行者號飛船朝著星際空間飛行不再返回。再過十幾年,NASA將計劃實施載人登陸火星任務,到時將會把人送上火星,並使他們安全返回地球。

此外,如果從宇宙尺度來考慮這個問題,將會有不同的答案。因為宇宙空間正在膨脹,使得距離地球大於140億光年的天體都以超光速遠離地球,這意味著在那之外的任何物體,就算是光,也無法傳播到地球上。


火星一號


飛到東方紅衛星的那個位置就差不多了,前提是你真的不想回來了,只要到了這麼高的高度,掉下來是不會掉下來的,即使沒有動力也不會脫離軌道掉下來,可以一圈一圈的飛直到被宇宙中細微的空氣阻力消磨殆盡,甚至還有可能像東方紅衛星一樣越飛越遠,大概位置是近地點430公里、遠地點2384公里,飛到那個位置不說完全脫離引力至少也可以放飛自我了,地球的引力幾乎為零,除非斥巨資捕捉追回,否則絕對不可能回的來。

如果不滿足於上面那種高度,那麼還有一種方法可以讓你徹底放飛自我,甩脫一切脫離銀河系,那就是達到第四宇宙速度,速度高達110千米/秒以上,由於科技水平有限,目前我們無法得知銀河系的具體高度只能估算,粗略估算整個銀河系的直徑大約為10萬光年,這就說明想要完全脫離銀河系則需要速度至少達到1500千米/秒才有可能在有生之年離開銀河系。

目前沒有任何一個國家的航天技術可以做到這個高度,別說目前了,就算再過幾十年幾百年也不一定能達到這種技術,脫離銀河系的束縛進入其他星系,這樣就真的沒辦法回來了,宇宙中幾億個星系, 而銀河系的半徑就達5萬光年以上,想要突破銀河系即使速度,動力都有了也需要很多年,脫離成功以後能夠活著再次回到地球更是難上加難,年齡上的限制再加上各種不確定因素如疾病,食物等問題的干擾,活著返回地球的可能性幾乎為零。


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