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文|赵金剑
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引言前几天看到了一个评论,很有意思,是这样说的:如果一个飞船飞出太阳系,为什么没有被太阳系追上?
都知道,太阳带着自己的行星,这一个整体,每时每刻都在围绕着银河系中心黑洞在以250千米每秒的速度移动。
问出这个问题的人,其意思就是——难道人类科技能达到这样的速度?答案当然是否定的,但可以来讨论一下“宇宙速度”,看完也就明白了。

(宇宙速度示意图)
一、第一宇宙速度这是高中物理,第一宇宙速度就是让火箭摆脱地球表面的最小速度,大小为7.9km/s。
来讲一讲这个速度是怎么来的。
平抛运动应该都听说过,就是水平丢出一个物体,它会随着重力逐渐下降高度,最后停下。

(平抛运动)
再结合生活经验,同时也是平抛运动的知识点,就是物体距离地面的高度越高,它最后就会飞得越远。
打个比方,A在地面上平抛小球,而B在山上平抛小球,一定是B比A丢得远。
如果这座山特别高呢?比珠穆朗玛峰还高呢?平抛的路线本来就是向下曲线,而地球的形状也是曲线,也就是说,只要这座山够高,就有可能将平抛出去的小球丢到永远都不能触及地面的远方——由此计算出来的速度,就是7.9km/s,也就是脱离地球表面的第一宇宙速度。

(高山平抛)
只要速度超过7.9km/s的速度,这个物体就可以脱离地球的表面,但仍然被地球引力所束缚。人造卫星就是这个原理,它们不在地球上,却在宇宙空间被地球牢牢吸引着。
要送卫星上天的速度,也是这个大小。

(火箭发射)
二、第二和第三宇宙速度在论证上,第二与第三宇宙速度和第一宇宙速度还是有区别的,但本质大差不差。
说白了,就是让自己的速度足够快,逃离原本的体系。
打个比方,如果想要从飞驰的火车跳出去,自己的速度一定是超过火车的速度的。因为如果和火车的速度一样,就是站在火车里一动不动,永远也离不开火车。

(参考图)
哪怕是火车上一只正向移动的蚂蚁,它的速度也比火车快, 只要它坚持不懈地向门缝爬去,最后它一定可以跳出火车。这就是宇宙速度的本质。
第二宇宙速度,就是用来彻底摆脱地球引力的速度,它的大小是11.2km/s。
只要高于这个速度,地球上发射的物体就可以彻底远离地球,成为围绕太阳运动的“行星”。

第三宇宙速度,是星际航行速度。它的大小是16.7km/s,在地球上只要超过这个速度,物体就会永远地离开太阳系,成为深空之中的“孤岛”。
这个速度,说小也小,说大也大。为什么这么说呢?单纯从数字上看,它还没有大到让我们一看就惊掉下巴的程度。
人类虽然能达到,但却并不容易,所以它说大也大。

(引力弹弓示意图)
想要从第二宇宙速度升级到第三宇宙速度,有一件事是必须要做的——引力弹弓。
当年,旅行者号就是通过引力弹弓效应一点点地被弹出太阳系的。
简单来说,引力弹弓就是让卫星绕着天体旋转,一点点叠加自己的速度,最后就像是运动会“丢铁饼”一样,把卫星丢出去,这样它的速度就可以超过第三宇宙速度,逐渐飞出太阳系。

(引力弹弓)
三、第四、第五、第六宇宙速度这三个速度,以现在手段是完全不能达到的。
它们分别象征着:
第四宇宙速度——从地球发射出去的物体,脱离银河系的速度,82km/s。
第五宇宙速度——地球上起飞,脱离“本星系群”的速度,无法估算。因为人类到目前为止,还不知道本星系群的大小和具体形状,数据不够,无法计算。

(本星系群)
正所谓“不识庐山真面目,只缘身在此山中。”我们可以了解宇宙,但是我们很难了解自己,除非我们飞出“本星系群”。
第六宇宙速度——从地球上起飞,脱离“室女座超星系团”的速度。这个速度也算是计算不出来的,科学家认为,需要无限接近于光速才能达到。
这也说明,或可能人类永远也飞不出“室女座超星系团”,除非我们可以光速航行,甚至可以超光速航行——真到了那种情况,各种各样的悖论又该怎么办?该如何解释?如何面对?

(“光速悖论”)
说到这,大家知不知道我们在宇宙中的具体位置?可能要介绍一下才能理解第五、第六这两个宇宙速度。
从大到小:本宇宙——拉尼亚凯亚超星系群——室女座超星系团——本星系群——银河系——猎户座悬臂——太阳系——地球。
后面加上大家的地理位置就是你在宇宙中的位置了。

(拉尼亚凯亚超星系团)
四、回家!如果一个从外太空回来的飞行器,它应该如何回到地球呢?
毫无疑问,它需要“逐级减速”。
这就和倒车入库是一样的。

(拉尼亚凯亚超星系团)
你要想把车停进车库里,最后是一定要减速的,减速到和车库一样的速度,也就是“0”,只要高于0这个速度,车就停不进去,肯定会撞墙,甚至撞碎车库。
飞船航行也是一样,只不过这个“车库”的速度不是0而已。
比如从太阳系外回来的“飞船”,它的速度差不多是这样变化。从第四宇宙速度降低到第三宇宙速度,以“泊入”太阳系。

(地球与宇宙)
如果高于这个速度,它根本就飞不进来。
随后就是以第三宇宙速度降低到第二宇宙速度,泊入地球外层空间。
最后降速回地球,落地。
2017年10月,科学家发现了迄今为止,由人类见证的第一个从太阳系外来的小行星——奥陌陌。

(地球与宇宙)
我们听说或者是见到的陨石、流星、小行星,其实都是太阳系里面的,只有这个奥陌陌,确定是从太阳系外来的。
它就是经历上述的速度飞进了太阳系,经过了地球。随后它借助地球和太阳的引力弹弓,又弹出了太阳系。
现在,此时此刻,奥陌陌正在头也不回地离开地球的路上。

(奥陌陌)
经过上文所说,应该能感觉到,想要从外太空进入太阳系,再进入地球轨道,实际上是特别难的。这就好比说,一场大风把千里之外的小汽车,精准而优雅地吹进了某地下车库的车位上。
因此,科学家认为,奥陌陌如此精准的行动轨迹,可能它并非是小行星,而是一艘宇宙飞船。它的形状也特别奇怪——像个“棺材”,长条形,这种形状在太空中也是脆弱的,只有“球形”才是王道。

(奥陌陌)
因此,NASA决定2024年发射一颗卫星去追奥陌陌,大约40年代中期就可以停在奥陌陌上,研究一下它到底是个什么东西。
宇宙就是这样,神秘又有趣。铁打的法则限制我们的同时,也在保护我们。从这个角度看,你说宇宙不是人造的,是不是很奇怪?

(真实拍摄的宇宙)
参考资料陆钟美.谈谈三个宇宙速度[J].物理教学,1979(03):9-11.
郝南兆.第六宇宙速度存在吗?[J].军事文摘,2018(22):10-11.
张唯诚.“奥陌陌”的身份之谜[J].科学24小时,2021(09):24-26.
