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第一宇宙速度是如何计算得出的

天文地理曾扬供稿

  对于第一宇宙速度很多人并不陌生,在高中物理课堂都有学习过一二,那么你知道第一宇宙速度是多少吗?小编就和大家分享第一宇宙速度计算方法,来欣赏一下吧。

第一宇宙速度是如何计算得出的

  第一宇宙速度计算方法

  人造卫星在地面附近(高度忽略)绕地球做匀速圆周运动时,其轨道半径近似等于地球半径R,其向心力为地球对卫星的万有引力,其向心加速度近似等于地面处的重力加速度.

  物体所受重力=万有引力= 航天器沿地球表面作圆周运动时向心力

  即mg=GMm/r^2=mv^2/r

  mg=mv^2/r

  所以v^2=gr

  R地=6.4*10^6m,g=9.8 m/s^

  v= 7.9 km/s

  计算公式:V1=√gR(m/s),其中g=9.8(m/s2),R=6.4×106(m).

  宇宙速度定义

  宇宙速度是指物体达到11.2千米/秒的运动速度时能摆脱地球引力束缚的一种速度。在摆脱地球束缚的过程中,在地球引力的作用下它并不是直线飞离地球,而是按曲线飞行。脱离地球引力后在太阳引力作用下绕太阳运行。若要摆脱太阳引力的束缚飞出太阳系,物体的运动速度必须达到16.7千米/秒。那时将按双曲线轨迹飞离地球,而相对太阳来说它将沿抛物线飞离太阳。

  第一宇宙速度

  众所周知,第一宇宙速度是是指物体紧贴地球表面作圆周运动的速度(也是人造地球卫星的最小发射速度,也是最大绕行速度),

  第二宇宙速度

  第二宇宙速度是指物体完全摆脱地球引力束缚,飞离地球的所需要的最小初始速度,

  第三宇宙速度

  第三宇宙速度是指在地球上发射的物体摆脱太阳引力束缚,飞出太阳系所需的最小初始速度,

  第四宇宙速度

  所谓第四宇宙速度,指在是地球上发射的物体摆脱银河系引力束缚,飞出银河系所需最小初始速度,大约为110-120km/s,指在银河内绝大部分地方所需要的航行速度。如充分利用太阳系围绕银心的转速,最低航行速度可为82km/s。由于人类对银河系所知甚少,银河系的质量以及半径等无法取值,这个数字还需要很久才能形成公论。

  第五宇宙速度

  第五宇宙速度指航天器从地球发射,飞出该星系群最小速度,因为本星系群的半径、质量均未有足够精确数据,因而无法准确得知数据大小。科学家估计该星系群尺度大概有500--1000万光年,照这样算,需要1500--2250km/s的速度才能飞离,但这个速度以人类科学发展水平,至少需要几百年才能达到,所以只是一个幻想。

  空间膨胀速度可超光速

  据国外媒体报道,光速常常被称为宇宙的速度极限,但并不是所有的事物都遵循这个规则,事实上空间本身就能够以比光速更快的速度扩大。回溯138亿年前宇宙大爆炸的那一瞬间,在不到一秒钟的时间内,宇宙以惊人的速度膨胀,目前我们的宇宙已经发展到不可估量的规模,我们可能永远无法观测到它的另一面。如果说光速是宇宙中的速度上限,那么光子将抵达宇宙的任何一个角落,可事实上我们观测遥远天体的光都来自过去,因此空间膨胀的速度比光子要快。

  宇宙在不断膨胀的过程中也出现了速度减缓的现象,我们可以通过观测遥远天体的星光来寻找证据。一颗数亿光年外恒星发出的光子在穿过宇宙空间时也会因为空间膨胀而失去能量,一旦光子抵达我们的望远镜,就可以通过红移公式计算出遥远天体与我们的距离。红移现象让我们观测到遥远的星系、恒星,因为它们存在于遥远的过去,但我们无法看到宇宙历史中的所有事件。

  这是因为我们的宇宙处于不断膨胀之中,1929年埃德温•哈勃发现遥远的星系似乎正远离我们而去,由此得出了哈勃体积的概念。在哈勃体积这个球形气泡所“包围”的区域内,所有的物体都会远离中央观察者,且速度会低于光速;与此相对应的是哈勃体积之外所有物体远离中心的速度会超过光速。该结论也是相对论的魔力所在,为我们打开了超光速太空旅行的大门。

  广义相对论作为描述时空本身结构的理论,其没有惯性参照系,光速作为速度的限制是不适用的,因此在哈勃体积之外星系的远离速度比光速更快,但星系本身却不违反任何宇宙速度的限制。由哈勃体积可推出一个惊人的结论,严格地说我们观测的宇宙像是粒子视界,可观测的宇宙直径约为930亿光年。事实上,哈勃体积还与暗能量有关,后者决定了宇宙是否正在加速或者减速,如果哈勃体积膨胀,那么我们就可以看到更多可观测的宇宙。

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