地球速度达30公里/秒,远大于第三宇宙速度,为何没脱离太阳系?

发布时间:07-3104:58

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在太阳引力的作用下,地球环绕太阳公转,其轨道速度约为30公里/秒。另一方面,飞出太阳系的第三宇宙速度约为16.7公里/秒,这意味着地球的公转速度远大于第三宇宙速度,为什么地球没有脱离太阳系呢?

事实上,地球的轨道速度和第三宇宙速度是完全不同的两种概念,这两个速度用来比较是没有意义的。下面,我们分别来了解一下这两个速度。

轨道速度

地球绕太阳做近似圆周运动,太阳对地球的引力刚好充当了向心力,所以地球会被太阳束缚住。根据万有引力定律和牛顿运动定律,能够算出地球的轨道速度约为30公里/秒。太空几乎是真空状态,地球可以靠着惯性一直绕太阳运动。

牛顿物理学表明,在距离太阳1.5亿公里之处,不仅仅是地球,只要物体的质量远小于太阳,它绕太阳公转的速度就是30公里/秒,这就是所谓的轨道速度。一个轨道对应一个速度,这是非常明确的。越靠近太阳,受到的引力作用越强,要维持在轨道上运动所需的速度也越快,反之亦然。

第三宇宙速度

第三宇宙速度是指地球上的物体无动力飞出太阳系所需的初速度。只要达到这个速度,物体就能依靠惯性摆脱太阳引力控制,飞到太阳引力的主宰范围之外。

第三宇宙速度相对于地球而言,这个速度是以地球作为静止参照系。而地球的轨道速度是相对于太阳而言,这个速度是以太阳作为静止参照系。因此,第三宇宙速度和地球轨道速度完全不是一回事。

在距离太阳1.5亿公里的地方(假设地球不存在的情况),想要无动力脱离太阳的引力束缚,所需的初速度肯定要大于地球的轨道速度。通过计算可知,地球轨道上的太阳系逃逸速度约为42.2公里/秒(相对于太阳)。

如果地球上的物体要飞出太阳系,可以从地球公转方向上出发,这样物体就能用上地球的轨道速度,从而大幅降低所需的初速度。不过,第三宇宙速度并不是“42.2-30=12.2公里/秒”这么简单。

由于物体处在地球上,地球本身会对物体施加引力作用。在物体飞离地球的过程中,需要克服地球的引力做功,完全摆脱地球的引力控制,所以所需的速度要大于12.2公里/秒。通过计算可知,无动力飞出太阳系所需的初速度为16.7公里/秒,这就是第三宇宙速度。

如果没有达到第三宇宙速度,只是脱离地球的引力束缚,物体将会像地球那样绕着太阳运动。在目前人类发射的航天器中,只有五艘达到了太阳系逃逸速度。

总之,在太阳引力的作用下,地球会以30公里/秒的轨道速度绕太阳运动。如果要让地球脱离太阳系,需要让它的速度至少达到42.2公里/秒。另一方面,第三宇宙速度是相对于地球而言,与地球轨道速度是两码事。

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