既然宇宙中沒阻力,那麼航天器只需要一直加速就可以達到很高的速度嗎?

科學船塢


太空中或者宇宙中是真空(這裡我將太陽系內化成小範圍為太空,系外為宇宙),但並不代表沒有任何“阻力”,所以並非如上所說,宇宙中沒有阻力(這個說法還有待考證,畢竟現在第五種基本力也在考證當中),航天器就可以一直加速了!

航天器脫離地球后,仍然受到本系恆星(太陽)的引力以及其他行星的引力

眾所周知,基礎物理學上的四大基本力是強核力、弱核力、電磁力以及引力。在地球上存在的各類物體都會普遍的受到這四種或者其中兩種一種的力的作用,航天器也不例外。當航天器需要飛出大氣層時,就需要達到第一宇宙速度以用來克服部分地球引力才能飛出大氣層。

當克服了地球部分引力飛到太空之後,飛船仍然受到地球的引力並且圍繞著地球旋轉,這時航天器達到了實際上的第一宇宙速度。如果想要徹底克服地球的引力,則還需要繼續加速才能夠拜託地球的引力。

在這裡我們假設航天器脫離地球的引力之後向著冥王星方向飛去,並且假設地球之後沒有已經不存在其他的行星和小行星以及其他各類塵埃,氣體,小天體等。在這樣的假設下,的確會如題所說航天器只需要一直加速就可以達到很高的速度(但不會超越光速,除非航天器如圖粒子在核設備中一樣,才會超越光速)。

但事實真的是這樣嗎?答案是否定的,宇宙中或者太空中不止存在著行星,還存在著其他小天體,小行星,彗星,氣體,塵埃以及小行星帶,先不說這些太空中的小天體,當航天器脫離地球后,到達火星的行星空域(引力範圍)時,航天器依然受到了火星這顆行星的引力,如果它需要脫離火星的引力範圍,仍然需要圍繞火星做離心運動,才能使航天器加速並且脫離火星的引力範圍。

而當航天器脫離火星後,在它向著冥王星方向(或者系外方向)航行的時候,依然會受到木星,土星,天王星,海王星以及冥王星的引力。當然這裡還只是排除了其他小天體之外的情況,如果將小行星,氣體與塵埃考慮進去的話,航天器的加速情況就更加的不樂觀了。

木星作為太陽系中最大的天體,它龐大的“身軀”為地球擋住了許多的小行星,讓地球避免與更多的小行星相撞。而當航天器到達木星正面時(小行星撞擊最多的一面),如果情況不樂觀,那麼很可能航天器在加速的過程中就會與某顆小行星發生撞擊事件,發生機毀機亡的事情。

除了各大行星的引力之外,系內與系外的電磁力(高速粒子流)以及恆星耀斑事件也是影響航天器加速的一個原因之一

太陽無時無刻都在向著系外送去太陽風(太陽高速粒子流),而太陽系內也在接收者系外某些粒子流的到來(數量較少),這些粒子流是太陽黑子或者系外恆星的恆星風產生的,這些粒子流中存在著一種基本力:電磁力,最明顯的例子就是地球的大氣層與太陽風的粒子流相撞產生的極光。當太陽發生強大的耀斑事件時,粒子流就不在是“流”,而稱為“束”,這種粒子束就如同激光一樣,會對航天器中的各類設備產生非常大的影響,導致航天器在運行的過程中發生故障,停止運行,之後再太空中做勻速運動,當遇到行星的引力時,就會被該行星的引力捕獲,圍繞著該行星運轉,不在產生加速。

所以,一般來說,航天器在沒有阻力的宇宙中並不會出現一直加速的情況,就算是旅行者2號一樣,說不定某天它就會與某顆小行星相撞或者被某顆行星的引力捕獲。


宇宙科學室


宇宙星際之間大部分是空曠的物質很稀少,當然絕對的虛空是不存在的,只是很稀少。理論上只要不斷給它一個推力,航天器可以一直加速。並且一旦加速上去,即使推力撤可,也不會減速,而是會因慣性沿原航向一直飛下去,除非進入其他星系引力作用範圍。

這當然是理想狀態,實際影響它的因素還很多,比如遙遠星系的引力雖然小也是有的,比如太空中零散星體、碎塊以及微小粒子都會對它有影響,還有飛船航向的調整、飛船內部部件的運行都是要消耗能源的。

問題在於要達到星際航行的高速度,需要飛船不斷加速,也就需要飛船攜帶很多能源燃料。目前的化學燃料能效低,不能夠支撐星際航行的需要。因為航天器在這過程中一直在高速前進,中間不可能停下來補給。停下來就白加速了,再出發還得重新加速。其實即使可以停下來也沒法補給,因為星際之間是空曠的,幾乎沒有什麼物質可供補給。不能補給就必須在出發前帶足所需能源燃料。而這會大大增加飛船質量,要讓它加速到需要的速度就需要更多的燃料。這是一個無解的死循環。所以靠化學能源是不可能進行星際航行的,即使一個小小的探測器都不可能。

目前可以想到的能源方式就是核能,裂變能或者聚變能。未來或許還可以應用反物質技術,空間扭曲技術,那些都只是理論上的猜想,離實現還有非常遙遠的距離。

攔在人類遠航夢想前面的,還有一個最大的障礙,相對論效應。這使得人類的航行速度侷限於光速之下。這對於動輒幾十幾百幾千幾萬光年的宇宙來說,仍然是蝸牛的速度。


多維觀世界


飛機在空中飛行的時候會受到空氣阻力的影響,空氣阻力會影響飛機的飛行速度。大氣層中高度越高,飛機飛行時受的空氣阻力就會越小,所以大型客機往往在距離地面10000米附近的高空飛行。

若是衝出了大氣層,外太空中幾乎是真空,飛行器幾乎不會受到空氣阻力的影響。沒有了空氣阻力影響,依然有很多因素限制著飛行器的加速,飛行器並不能肆意加速。

俄國的齊奧爾科夫斯基利用動量守恆最早給出了理想情況下火箭在發動機工作的情況下獲得的速度增量公式,ΔV=Veln(m0/m1)。這個公式被稱作齊奧爾科夫斯基公式,其中ΔV為速度增量,Ve為火箭噴出的物體相對於火箭的速度,m0和m1分別為火箭開始工作以及結束工作時的質量。從這個公式中可以看得出,要想讓火箭飛得更快,可以增加噴射物體的速度,以及採用多級火箭的方式。

齊奧爾科夫斯基公式沒有考慮空氣阻力和天體的引力,在外太空中雖然沒有空氣阻力,不過天體的引力能夠約束著飛行器向外飛行。比如一個飛行器要飛出太陽系,在向外飛行的過程中會受到來自太陽的引力,此時太陽的引力是飛行器飛出太陽系的阻力。真正進行太空飛行的時候,來自天體的引力是必須要考慮的,並且是主導著飛行器怎麼飛行的關鍵因素。像我們熟悉的三個宇宙速度,都是建立在地球、太陽引力基礎上計算出來的。


刁博


對頭。不過有慣性能存在,也是要消耗大量能。

給你個公式:

a=F/m

a為加速度,F為加速力,m為被加速物體。

式中可以看出,加速力,即能量一樣情況下,最後獲得速度與被加速物質量大小有關

但是相對論來了,相對論又說,速度越大,質量會越大,這時你再加速就會顯得非常難。所以相對論說速度不能無限大,有個極值,光速!

聽到這個你心是不是拔涼拔涼滴?!


力銘趣談經濟分析


誰告訴你太空中沒有阻力?只不過太空中的物質密度很低罷了!隨著速度的增加,航天器在運動過程中碰撞各種大大小小的東西的機率隨之增加,並且,一小粒塵埃以每秒一萬公里的速度打在你身上的效果與每秒一百公里的速度打在你身上的效果差遠了(有功夫的話可以用動能關係做個大致的定量計算)。所以,不用到光速你的航天器就解體了,解體到足夠小也就成了光,那個時候可以達到光速,但早已物是人非,航天器不再是航天器了!正因為如此,才沒有以光速狂奔的物體,只有小到光的程度才有可能如此狂奔。


宣宏宇


一面加速一面使減速器的質量增加,增加的減速器需要更大的動力,不用說達到光速,就實際一點說,更大的動力人類就解決不了。


惠舒旅社老闆


理論是如此。但是加速需要有外力才行,沒有持續的外力,就不能加速了,只能保持速度。


崔寶明字明月


是滴,理論如此,但是有兩個實際問題。第一,加速的能量能支撐到什麼程度?第二,速度越大,加速的效果越弱。


TonyDeng


深空飛行理論上已經無法再以地球為基準進行速度計算了,因為地球在圍著太陽轉,太陽在圍著銀河系中心轉,他們的繞來繞去的速度也不能忽略了,既然不好用乾脆不用,因此,深空飛行只能用灰常灰常遠的幾顆星的相對角度變化來測量你目前的速度、方向。

深空飛行不可能僅靠起飛時攜帶的燃料來跑,必須半路找能量,能量來源一是靠大的星體做彈弓效應加速,另一個就是沿途打掃垃圾然後扔熱核反應爐里加熱後向外噴,別無他法。


一名普通老百姓


太空沒有阻力,但有引力,太空由電場或電磁波(暗物質)組成,引力就是電場力。航天器運行遵循引力規律。黃氏宇宙新論,引用聲明。


分享到:


相關文章: