原标题:宇宙6大速度,人类仅仅达到第三,达到第六便可以飞到宇宙边缘?
在两百多年前,人类科技刚出现没多久的时候,人类对速度还没有准确的认识,那时候他们认为世界上速度最快的就是天上飞着的小鸟,但是对于人类本身的速度,以前的人
很是缺乏相应的想象力
。
在1885年第一辆三轮汽车制造出来之前,人类的最快移动速度是通过
骑马
达到的,而马车的速度能够
达到平均每小时三十公里左右
。
汽车
发明了之后,人类只要一踩油门,就能轻松达到四五十公里的时速,但是当时人们对于速度的认知还是不够准确。
虽然当时的蒸气火车已经能达到时速六十公里,但是人们还是认为在汽车没有挡风设备的前提下,
时速如果达到六十公里,人类会被空气的压力压到窒息而亡
。
直到现在我们日常使用的汽车
已经能达到时速120公里
,飞机能分分钟
超音速,冲出音障
,甚至我们的火箭已经能够
冲出地球前往太空
了。
重力如何限制人类探索太空?
飞上天空一直都是以前人类的美好幻想之一,毕竟他们的认知中会飞的鸟儿永远都是自由的代表。
但是因为
重力与引力
的存在,人类在很长一段时间内都无法实现飞行这个愿望,为此许多甚至
付出了生命的代价
。
比如明朝有一位叫做
万户
的人,为了实现飞天梦,自制了47个火箭绑在椅子上,想要借助火箭的推力升上天空,但是
火箭却直接爆炸
,万户为了实现自己的梦想而
献出生命
。
其实万户的思路是很正确的,只是当时的材料
无法支撑这么强大的反推力
,而且万户也没有事先做好安全验证工作,才导致这一悲剧发生。
仅仅凭借我们最朴素的感觉,我们都应该能意识到,
想要离开重力的束缚,就一定要达到一定的速度
,我们用力跳起,也只能跳起来一两米然后就会被拉回地面,所以必须要用更加大的力气起跳,换言之就是要有更大的速度。
大家可以想象一下,在一个高高的山峰上用尽全力扔一块石头,这块石头是不是会在我们力气的作用下
移动一段距离
,然后在重力和初速度的作用下
以弧线的轨迹往下坠落
。
如果扔石头的力气大一些,那么平移的这段距离是否就会更长呢?比如我们拉来一台大炮,我国的
203毫米加榴炮
,射程就能达到
四十公里以上
,炮弹初速度能达到
933米每秒
,这已经是
两倍多的音速
了。
那么这样的一颗炮弹往前平移的距离在强大爆破力的作用下,速度更快,平移距离更远,但
最终还是会落在地面上
。
这时候大家应该已经想到了,
如果物体飞行的初速度一直提升,那么这个物体将会一直围绕着地球旋转不会掉落下来
。
科学家们很早就将这个初速度计算出来了,只要能够
达到7.9公里每秒的速度
,就能
摆脱地球重力的牵引作用
,并将其命名为
宇宙第一速度
,也叫
地球环绕速度
。
宇宙六大速度
当然,有宇宙第一速度,就会有第二、第三速度,实际上宇宙速度一共有
六个档次
,相信有不少人对此都不甚了解。
宇宙第一速度,就是7.9公里每秒,这个速度比音速快23倍
,其实已经远远超过我们正常认知中的速度,那些我们耳熟能详的顶级战斗机,它们的速度也才一两倍音速,偏重于速度的试验机最高也仅能达到
七倍音速
左右。
前文说到这个速度也被称为环绕速度,是因为只要能够达到这个速度,就能在地球的上空围绕它旋转。当然如果在
大气层
中就算能达到这么快的速度,也会
被空气阻力减速甚至会在与空气摩擦的时候被加热点燃
,所以人造卫星和太空站都
必须停留在大气层十分稀薄的太空之中
。
围绕着地球环绕,实际上依旧没有摆脱地球重力的控制,所以想要离开地球重力的范围,就必须达到更快的速度,所以
第二宇宙速度就出现了
。
11.2公里每秒,这个速度并没有比第一宇宙速度快多少,但依旧是一个难以想象的速度,西湖的宽度约为2.8公里,我们必须
在一秒钟之内跨越四个西湖
,一般人是无法想象这个速度到底有多快。
因为我们生活中根本无法接触到速度如此之快的物体,所有剩下的宇宙速度对我们而言,不过是数字的增加而已。
第三宇宙速度是16.7公里,这是人类目前能够做到的极限
,达到这个速度就可以
摆脱太阳重力的束缚
,如果速度没能达到这么快,就只会往太阳方向掉落而去。
第四宇宙速度
其实目前科学家们也是无法确定的,因为第四宇宙速度实际上是
逃离银河系重力束缚的速度
,但我们对银河系的质量估算并不精准,质量是影响重力的根本因素,
质量越大重力越大,所需要的逃逸速度也就越大
。
根据推算,由于我们是在太阳系出发,所以相对于银河系中心的超级黑洞,本身就具有一定的初速度,但即便如此我们依旧需要
将速度提升到110~525公里每秒,才有可能往银河系的外围前进
。
第五宇宙速度则是需要逃离星系群,我们所处的星系群为
“本星系群”
,包括银河系在内,拥有
超过五十个星系
,这些星系因为重力的原因聚在一起,而这些物质产生的重力又影响着整个星系群,所以第五宇宙速度起码要达到
1500~2250公里每秒
,这个速度已经接近
百分之一光速
了。
星系群之外还有超星系群,
超星系群的直径约为2亿光年,是“本星系群”的二十倍
。数个星系群聚集在一起,这些物质产生的重力让我们几乎无法离开这片区域。
有科学家认为,我们需要
达到光速才有可能完全摆脱这些引力的束缚,达到第六宇宙速度,前往更加遥远的星际,甚至抵达“宇宙”的边缘
。
人类目前能达到的宇宙第三速度
目前速度最快的飞行器是2006年发射的新视野号
,在多级火箭的推动下,其在离开地球时速度已经达到
16.2公里每秒
,这个速度已经
可以算是达到第三宇宙速度
了。
在进入宇宙空间后,飞船本身
无法携带太多的燃料
,所以飞船基本是靠一开始获得的初速度运动的,只是可以
依靠本身自带的核能电池用以调整飞船行进方向和轨迹
,所以飞船必须在地球以外获得更快的加速度。
这个加速的方法很简单,那就是进入木星、土星这些质量远超地球的行星范围内,
借助它们强大的重力,为飞船增加速度
。
这个加速方法叫做
重力助推
,主要是让飞船飞掠过行星运动轨迹的后方,然后
被行星的重力所捕捉
,接着飞船借助行星围绕太阳公转的速度被往前带了一段距离,获得了
加速
。
形象点来说,其实就是一个人抓住从马车上垂下来的绳子,被拉着往前走了一段路,速度变快后又把手松开。
目前人类依旧十分依赖重力助推的方式对飞船进行加速度,根本原因在于,
我们人类现阶段并没有十分适合在太空加速的技术
。
火箭推进需要大量的燃料,而这些燃料的重量太重,基本无法将其送到太空中,我们熟知的火箭中,
有90%的重量都是燃料
,除此之外还有火箭外壳和发动机的重量,
飞船的重量只能占到5%以下
。
所以如果推进方式没有质的飞跃,
现阶段人类的太空投送能力就已经接近极限了
,这也意味着飞船在太空中将会
很难获得明显的加速
。
当然,现在科学家们也研发出了
电离子推进器
,这是一种只需要少量燃料就能燃烧许久的发动机,缺点只在于,这种发动机的推进力量很低,
只能推动一张A4纸
,大概就相当于我们用嘴吹气产生的推力了吧。
但是电离子推进器却是
十分适合太空航行
,因为它所产生的加速度是可以一直积累下去的,配合上
燃料轻便、燃烧效率高、时间长
的特点,电离子推进器能在太空
源源不断地为飞船提供推进力
。
比如日本发射的
隼鸟号飞船
,就是装载了这种发动机,在飞船化学发动机全部损坏的情况下,依旧能
顺利运行
,支撑着隼鸟号长达4年的太空探索,在这数年间,这个发动机为飞船
累计增加了1.4公里每秒的加速度
。
速度限制的绝望
随着科技的发展,人类在深空领域的加速能力也会随之增长,现在我们已经能
将无人飞船送出太阳系
。
继续发展下去,相信达到第四甚至第五宇宙速度都是有可能的,但令人绝望的是,
人类似乎永远都无法突破光速的限制,
我们也许会
被永远禁锢在直径2亿光年的超星系群中
了。
第五宇宙速度也才百分之一的光速,而目前科学家们正在
努力研发出可控核聚变
,只要研发成功,在核聚变超高的能量利用效率上看,我们是有希望达到这个速度的,届时在宇宙中以数千公里每秒的速度穿行并不是没有可能。
但是比起脱离重力束缚的速度,宇宙的空旷才是真正让人感到绝望的事情。太阳系的半径能达到十几光时,旅行者一号、二号、新视野号这些飞船虽然达到宇宙第三速度了,但仍然
需要三四十年才能到达太阳系的边界
。
以第四宇宙速度前进,就算是500公里每秒,想要穿越这个半径52850光年的银河系,就需要
花三千多万年
,如此漫长的时间
足够摧毁任何一台飞船
。
即便是能够达到光速,我们也依旧
需要五万两千年才能离开银河系
,更何况拥有质量的物质根本就没有超越光速的可能性。
结语
所以现在的人类表面上看是被速度限制在宇宙中,实际上,即便我们能达到相应的速度,我们也
没有足够的时间前往更加遥远的距离探索
。
但是我们并不必为这个坏消息感到沮丧,因为科技一直都在发展的道路上,我们的知识受到现在的技术水平所限制。
现在的我们无法想象如何实现超越光速跨越广阔的宇宙空间,但在未来,也许我们可以发明出传送门这样的黑科技,所以我们需要
脚踏实地一步步解决眼前的问题
,最终所有的问题都有可能获得答案的。