人們經常提到第三宇宙速度,爲何很少提到第四宇宙速度?
淺談一下,爲何第四宇宙速度在現階段對人類科學技術來說,顯得有些微不足道,形象地說:宛如雞肋,食之無味棄之亦可惜。
何出此言?讓我們先對宇宙速度的概念有個大致的瞭解。
所謂的第一宇宙速度:就是說,一個物體想要環繞地球不停旋轉,需要的最低飛翔速率,準確數字是7.9千米每秒。
任何物體想要與地球同步繞行,就得達到這個速度,只有這樣,它纔不會被地球的引力拉回地面。注意,這個7.9千米每秒是理論計算值,實際上,地球軌道上的衛星速度會略微低於這個數值。
這個道理很淺顯,計算7.9千米每秒這個數值的前提是物體緊貼地面飛行,然而實際上沒有任何衛星會這麼做。因爲貼近地面的大氣層十分稠密,要讓衛星環繞地球飛行,它的最低軌道高度也得在百公里開外。
隨着高度的增加,地球的引力隨之減弱,環繞速度也會有所下降,不過下降幅度並不大,大約在7.8千米每秒左右。
第二宇宙速度:它的數值是11.2千米每秒。
在地球參照系下,當一個物體的速度達到11.2千米每秒,就能擺脫地球的引力束縛,成爲太陽系的一顆小“行星”,所以也被稱爲脫離地球引力的速度。
若人類想把探測器發射到其它星球,就必須讓速度超越這個數值,但有一個例外,那就是月球。因爲月球在地球引力的範圍之內,是地球的一顆衛星。飛向月球的探測器速度僅需10.8千米每秒即可。
第三宇宙速度:這個數字是16.7千米每秒,意味着逃離太陽系所需的最快速度。
達到這個速度,就能掙脫太陽系的引力束縛,飛出太陽系,開始環繞銀河系的旅途。這速度可以理解爲一個物體從無限遠處衝向太陽,最終在太陽表面的速度。當然,這也是一種理想狀態下的假設。
人類發射的探測器中,達到或超過第三宇宙速度的寥寥無幾,其中一個著名的例子就是美國NASA在20世紀70年代發射的旅行者一號,現已進入太陽系外層,但要飛出太陽系,還需上萬年的時日。
那麼,第四宇宙速度究竟應該是多少呢?又該如何定義?
所謂第四宇宙速度,是指要逃離銀河系所需的速度。根據牛頓的萬有引力理論,這個速度大約是120千米每秒,達到這個速度,就能飛出我們的銀河家園。
但實際上,這個速度的說服力並不強,也沒有得到科學界的廣泛認可。爲什麼呢?
因爲逃逸速度主要與被逃逸天體的質量相關。銀河系的直徑至少有20萬光年,其總質量究竟有多大,科學界並沒有確切的答案。
同時,考慮到科學家尚未完全掌握的暗物質和暗能量,計算銀河系的總質量無疑是難上加難!
而120公里每秒的第四速度,不過是根據牛頓萬有引力理論的一個推算值,在銀河系廣闊無垠的宇宙空間中,萬有引力的計算誤差是不可忽視的。
還有,就目前人類所使用的化學能源來說,根本無法達到120公里每秒的速度,除非能源方式發生徹底變革(比如使用核聚變推進系統),否則傳統化學能源絕不可能觸及這個速度,其效率實在是太低了。
實際上,除了第四宇宙速度,還有第五、第六宇宙速度,但這兩個速度的說服力就更低了。第五宇宙速度是逃離本星系羣的最低速度,大約2000千米每秒;而第六宇宙速度則是逃離本超星系團的最低速度,這個速度接近光速。
當然,考慮到銀河系、本星系羣以及本超星系團的龐大無比,即使達到了逃逸速度,想要真正逃離也是幾乎不可能的。以120公里每秒的速度穿越20萬光年的距離,可謂難於上青天!
有人或許會想,那逃離宇宙的速度又是多少呢?這就更加超乎科幻了。難道超越光速就能逃離宇宙嗎?也許吧,但這已經超出了科學討論的範疇,科學也不認可超過光速(絕對速度),我們只能通過間接方式實現“超光速”!