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为什么太阳逃逸速度为617km/s而第三宇宙速度是16.7?

日期:2023-4-80 次浏览

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为什么太阳逃逸速度为617km/s而第三宇宙速度是16.7?

16.7km/s与617.7km/s都是太阳逃逸速度,但逃逸的地方不一样。

16.7km/s的逃逸速度是在距离太阳1.5亿km的地球上,太阳引力已经衰减的很厉害了;而617.7kg/s是指太阳表面的逃逸速度,就挨着太阳,距离太阳质心也就是约69.6万km,这怎么能比呢?

所谓逃逸速度是根据天体引力计算的,引力越大逃逸速度就需要越大,引力越小逃逸速度就相对小一些。而引力是与天体质量成正比,与距离平方成反比的。万有引力定律表达式为:F=GMm/r2。其中F为引力值,G为引力常量(6.67x10^-11N·m2/kg2),M和m为引力作用大小物体,r为引力作用物体质点的距离。

这就看出了,引力的大小是与距离平方衰减的,因此太阳逃逸速度在距离太阳质心不同的距离当然就完全不同了。

太阳表面逃逸速度的计算:

逃逸速度是与引力密切相关的,是根据动能公式和万有引力定律变通计算得出来的。

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其实根本就沒有什么逃逸速度,逃逸速度的概念也只能适用于初级的航天领域,它只是现在人类科学水平还非常有限的产物。如果人类不从这里走出去,别说是航行河外星系了就算是航行银河系那么也必然是举步为艰。未来的人类航天之行绝对不能靠速度摆脱引力,那样注定我们走不了太远!

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地面上的一个物体,无动力的情况下若是要逃离地球引力的束缚,不计空气阻力,它的速度至少要超过地球的第二宇宙速度11.2千米每秒。第二宇宙速度也叫逃逸速度,不同的天体有着不同的逃逸速度。火星比地球小,它的逃逸速度大约只有5千米每秒,比地球的第一宇宙速度7.9千米每秒还要小;太阳的质量大,它的逃逸速度大约是617千米每秒;黑洞的质量非常集中,视界处的逃逸速度为光速。 除了第一宇宙速度、第二宇宙速度,常见的还有第三宇宙速度。第三宇宙速度指的是探测器在地球上摆脱太阳引力的束缚,无动力情况下所需的最小初速度。这个速度大约是16.7千米每秒。有人看出来了,都是摆脱太阳引力的束缚,为何太阳的逃逸速度是617千米每秒,而地球的第三宇宙速度只有16.7千米每秒?原因很简单,因为起点不一样。

物体从太阳表面飞出去,远离太阳的过程中太阳的引力会对其做负功,这样物体和太阳组成系统的引力势能会增大。如果物体的初动能足够大,大到即使运动到无穷远处也足以保证引力势能的增加,那么物体就可以逃离太阳引力的束缚。可以列式GMm/r=mv2/2,其中G为万有引力常量,M为太阳的质量,r为物体到太阳中心的距离。由表达式可知,距离太阳的中心越远,逃离太阳引力的束缚所需的速度就越小。在太阳表面处所需要的速度最大,是617千米每秒。到了地球轨道附近,这个速度变为大约42千米每秒,再借助地球公转的线速度以及物体逃离地球引力的束缚,地球的第三宇宙速度是16.7千米每秒。到了更远位置处,逃离太阳所需的速度会更小。如果把逃离太阳系比作将一个物体扔到一个100层大厦的顶处,那么太阳的逃逸速度就相当于在地面上将物体扔到楼顶所需的速度;地球的第三宇宙速度相当于在98层楼的高度将物体扔到楼顶所需的速度。

事实上,人类在地球上发射系外探测器时发射速度不必达到第三宇宙速度,因为还可以在更远处借助木星、土星等的引力弹弓进行加速,只要在更远的位置达到在那个位置逃离太阳系所需的最小速度即可。

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其实用最简单方式来解读逃逸速度,按我们开车120公里速度跑,结果车内有一只蚊子正在开心飞翔要攻击你,其实蚊子飞翔速度已经达到120公里速度,只是它包容在120公里速度空间里,蚊子要飞离奔驰的车就要超越车的速度反方向才能逃逸,否则永远在车内。同样太阳系所有物质都包容在太阳在银河系内速度内飞行,要逃逸太阳约束而自己进入银河系另一个空间,就要超过太阳飞行速度以上才能实现,而且需要反方向逃逸,才能有效实现逃逸太阳约束。

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两者不是一回事有什么好比的。期末考试,学校里有人缺考得了零分,而你考了个不及格,难道你可以说自己比那个人强无穷大倍吗?