人类航天器飞出太阳系需要多久(如果没有达到第一宇宙)(1)

目前,载人飞船都是加速到第一宇宙速度(7.9公里/秒),才能离开地球飞上太空,环绕地球运动。如果要完全摆脱地球,不被地球的引力拉回来,太空飞船的速度需要达到第二宇宙速度(11.2公里/秒)。

那么,为什么飞离地球需要这么快的速度呢?如果有一把长度无限的梯子,我们能否沿着梯子爬到太空中,无需达到第一或者第二宇宙速度来离开地球呢?

关于这个问题,需要弄清楚第一和第二宇宙速度究竟是怎么回事。

想象一下,一枚炮弹被水平发射出去,它的飞行距离会随着初速度的增加而变远。如果初速度达到了一个足够快的速度,炮弹就能环绕地球飞行而不会掉下来。这是因为地球表面是有弧度的,只要飞得足够快,可以在撞到地球之前越过弯曲的地表。

人类航天器飞出太阳系需要多久(如果没有达到第一宇宙)(2)

如果没有空气阻力,炮弹就能不断绕着地球飞行,引力刚好充当了炮弹圆周运动的向心力。根据牛顿力学,可以算出这个速度为7.9公里/秒,这就是第一宇宙速度。但在现实中,地表有稠密的空气,载人飞船一般要飞到距离地表400公里的太空中,那里基本上没有空气阻力,地心引力较弱,所需的速度会慢一些,大概为7.7公里/秒。

也就是说,如果航天器的速度能够达到第一宇宙速度,它在太空中绕着地球飞行不需要动力,依靠惯性就能持续运动。同样地,只要航天器的初速度能够达到第二宇宙速度,它无需任何动力就能逃离到无穷远的地方,不会被地球的引力拉回来。

人类航天器飞出太阳系需要多久(如果没有达到第一宇宙)(3)

因此,无论是第一宇宙速度,还是第二宇宙速度,都是指无动力情况下的速度。如果有动力,即便飞行器的速度很慢,没有达到第一宇宙速度,它也能绕着地球飞行,只要能够克服地心引力就行,例如,速度远低于第一宇宙速度的普通飞机也可以环球飞行。同样地,有动力的太空飞船也能慢慢飞出地球,摆脱地球的引力束缚。

如上所述,只要通过某种方法来克服重力,不需要达到宇宙速度也能离开地球。因此,如果有无限长的梯子,我们就可以顺着梯子而上,直接去往1亿光年外的河外星系都没有问题。

人类航天器飞出太阳系需要多久(如果没有达到第一宇宙)(4)

事实上,关于这种梯子早就有了设想,这就是所谓的太空电梯。太空电梯的一端部署在距离地表大约3.58万公里的同步轨道上,与地球保持同步自转。通过太空电梯,往返地球与太空将会变得更加便捷。

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