什么是第一宇宙速度?地球在太阳系的地位在它面前都不值一提,它可以轻松将太阳系甩出太阳系! 如果我们以一个点为圆心,以该点到圆的最远距离为半径画一个圆,然后开始向外延伸,那么到这个圆的最远点(也就是地球)需要多长时间?答案是2分50秒! 当然,这是在地球没有受到其他天体引力影响的前提下。如果我们受到其他天体引力影响,比如地球被太阳引力吸引到一起,或者太阳与地球距离变远,那么这个圆周将会继续变大。因此,最远点将会达到65535公里。 那么如果以1秒1米的速度升空,能否冲出地球呢?下面我们来分析一下!
在太阳系中,太阳占据了约98%的质量,而地球只有约2%,因此地球与太阳之间的距离相对来说非常近,可以忽略不计。不过我们也可以通过计算来估算一下距离。 地球与太阳之间的距离被称为万有引力距离,它是由牛顿定律推导出来的,公式为G=1/2*M²,其中G为地球质量,M为太阳系总质量。我们先来了解一下万有引力定律是什么? 万有引力定律是指物体之间存在着相互吸引力,当一个物体的质量越大时,它与另一个物体之间的引力就越大。这个定律也叫做万有引力定律,是由牛顿提出来的。 万有引力定律认为:任何物体之间都存在着相互吸引力。这种吸引力的大小取决于两个物体质量的乘积:两个物体质量越大、距离越远,它们之间的引力就越大;距离越近、质量越小,它们之间的引力就越小。这条定律被称为万有引力定律。 这个公式简单易懂,不过很多人可能会认为是牛顿自己计算出来的结果。其实并不是这样的,牛顿只是假设了太阳质量为地球的一千倍。但是这个假设太过于牵强了。在牛顿生活时期,人们一直认为地球只有太阳质量的千分之一大小;而在后来人们又发现太阳表面温度高达6000多摄氏度。 因此万有引力定律是一个非常庞大的数学公式,其中有许多地方是不正确的。不过这个定律还是有一定道理的,它揭示了一个基本规律:任何物体与另一个物体之间都存在着相互吸引力。 如果你能理解万有引力定律的话,那么我们可以把它用在计算距离上。比如说,在太阳系中距离太阳最近的行星是火星,其与太阳之间只有约2.45万千米那么远;而地球与太阳之间只有约4.85万千米那么远。 如果我们使用万有引力定律计算地球到太阳之间的距离的话,那么我们会得到一个结果:地球与太阳之间距离约为65535公里!当然这是一个粗略数值而已。那么如果要精确计算出这个距离需要多长时间呢?
当你离开地球时,你的速度越快,你在地球上的时间就越短。因此,如果以1秒1米的速度升空,那么在离开地球后,你将会以0秒的速度远离地球。 那么以什么为参照物来计算地球的逃逸速度呢?目前地球的逃逸速度是11.2米/秒,也就是说如果从0加速到11.2米/秒,那么在离开地球后将会以11.2公里/秒的速度远离地球。 我们来看看理论上所需要的时间。目前人类已知的最快速度是美国宇航局研发的“奋进号”,它可以在4小时内飞行近4万公里(约合13.79万公里)。 那么我们可以将这11.2公里/秒算出来吗?答案是肯定的,因为“奋进号”上安装了一台质量为57840千克、功率为720千瓦的发动机,它可以提供11.2公里/秒的动力!
“奋进号”的动力来自于一种特殊的推进剂,这种推进剂是在太空中被点燃的,它可以将“奋进号”加速到11.2公里/秒的速度,并且可以在4小时内飞行近4万公里。这种推进剂叫做“碳基燃料”,它由一种名叫碳-14的元素制成。碳-14是一种化学元素,它最早被用于火箭和航天器上,不过这种元素并不是自然界中存在的。 由于碳-14很轻,因此它很容易燃烧,而且燃烧后产生的能量比其他元素要多。目前已知最大的碳基燃料是一种名叫“碳-34”的元素,它是自然界中最重的物质之一。虽然这种元素在自然界中并不存在,但它在自然界中却有着广泛应用。比如我们经常使用的塑料就是由这种元素制成的。 在上世纪80年代之前,碳-14是唯一一种能将航天器加速到11.2公里/秒速度的元素,而且这种推进剂只需5克就能产生720千瓦的能量。不过随着人类科技的不断发展,人们开始研究将这种推进剂用于火箭和航天器上。经过几十年努力后,人类终于研发出了一种质量为57840千克、功率为720千瓦的推进剂。这种推进剂由一种名为“碳-14”的元素制成,它是一种很轻又很稳定的气体。虽然它不能产生超过11.2公里/秒速度的动力,但它却能提供820千瓦能量!
在离地球最近的点——地月距离为59亿千米的地方,如果我们以1秒1米的速度升空,那么就可以达到最大半径了。但这样的话,就无法飞出太阳系了!因为到地月距离的最大距离是54亿千米,也就是65535公里。这个距离已经超过了目前人类发射的最大火箭——“长征5号”发射所需要的最大推力了。 但是这样做就有一个问题,那就是地球和月球都会被甩出去!因为地球和月球都绕着太阳公转,而在它们绕着太阳公转过程中,都会受到太阳引力作用,因此我们可以得出一个结论——地球和月球是被太阳吸引走的。 如果我们用1秒1米的速度升空,那么将会在地球上看到两个亮点。这两个亮点会一直追着我们跑!