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三大宇宙速度都是什么？为何很少提及第四宇宙速度？实在是不愿提

来源：科普中国

早在近400年以前，物理学家牛顿就因苹果的启发而发现了万有引力，这是我们都知道的事情，但很多人可能并不知道，牛顿还使用一门大炮向我们描述了如何才能克服地球的引力。

当然，牛顿的大炮并不是真实存在的，而是假想而出的，大致的意思是这样的：将一门大炮架在高山之上，只要大炮的威力足够大，使得打出炮弹的速度足够快，那么这枚炮弹就能够一直围绕地球转动而不坠落地面，这一思想实验就被称之为“牛顿大炮”。牛顿不仅提出了“牛顿大炮”的构想，还据此推断出了这枚永不坠落的炮弹的速度是多少，它就是每秒7.9千米，现在我们称其为“第一宇宙速度”。

在牛顿的时代，每秒7.9千米是一个无法企及的速度，即便是在当代，大多数型号主战坦克的炮弹出膛速度也无法超越每秒2千米。

不过没有关系，现在我们有了火箭，通过数千吨推力的运载火箭，我们能够将所搭载的航天器送入天空，让它们在地球轨道持续运行，这些航天器就被我们称之为人造卫星。在通常所讲的三大宇宙速度之中，第一宇宙速度是现阶段人类应用最多的，因为我们大多数的航天活动都是在地球引力范围之内，其中也包括登月。月球是地球的天然卫星，其仍旧位于地球的引力范围之内，所以从广义上来讲，登月并不算真的离开了地球。

那么怎样才算是真正离开了地球呢？这就要用到第二宇宙速度了。

第二宇宙速度又被称之为“地球逃逸速度”，只要具备了这样的初始速度，那么航天器便可以彻底摆脱地球的引力束缚去探索太阳系中其它的星球，而这个速度就是每秒11.2千米。当代人类的航天事业已经不满足只是在地球身边晃悠了，人类开始挑战更为遥远的空间，而火星就是人类最为感兴趣的行星，要想发射航天器前往火星，那么就必须要达到每秒11.2千米的初始速度。

只在太阳系内逛一逛就可以了吗？当然不，我们的目标可是星辰大海。

正因为人类有着如此远大的理性，所以早在上世纪70年代就发射了以太阳系外为目标的航天器，旅行者1号和旅行者2号。地球也好，火星也罢，太阳系内的所有天体都受到太阳的引力束缚，太阳可比地球大多了，要摆脱太阳的引力离开太阳系可不容易，必须要实现第三宇宙速度，也就是每秒16.7千米。为了能够让旅行者号拥有足以离开太阳系的速度，中途还利用了木星的引力弹弓效应进行了加速。第一、第二、第三，这三大宇宙速度是我们比较熟悉的，但在三大宇宙速度之外，其实还有着第四宇宙速度，那么第四宇宙速度是什么呢？为什么很少被提及呢？因为我们实在不愿意提及。

所谓第四宇宙速度又称“银河系逃逸速度”，顾名思义，就是物体想要摆脱银河系的引力束缚所要具备的初始速度，这个速度的估算值是每秒120千米。

好家伙，这个数字显然与前三个不在一个量级之上，为什么说这个数字是估算值呢？要计算逃逸速度，天体以及天体系统的质量是一个必须要知道的条件，我们可以计算出地球的质量，也可以计算出太阳的质量，但对于整个银河系，我们却无能为力，银河系太大了，我们根本不知道其中有多少颗恒星，或许是1000亿颗，又或许是4000亿颗。既然连银河系有多大，其中有多少恒星，我们都不知道，当然也就无法准确计算出它的逃逸速度，所以第四宇宙速度只是一个估算值。

我们并不知道第四宇宙速度的准确数值到底是多少，这是我们很少提及第四宇宙速度的一个原因，还有另一方面的原因是第四宇宙速度让我们深刻领略到了自身的渺小。

所谓宇宙速度，本质上就是物体的动能与重力势能的对抗，就现阶段的人类而言，让物体的动能克服地球的重力势能就已经拼尽了全力，想要与银河系对抗根本没有可能。此外，第四宇宙速度虽然是银河系的逃逸速度，但即便人类真的实现了第四宇宙速度，也不代表就能够离开银河系，因为银河系的半径高达数十万光年，不要说每秒120千米，就算是每秒30万千米，离开银河系也需要数十万年，所以第四宇宙速度可能永远也用不上。

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关键词： 宇宙速度 逃逸速度 三大宇宙速度

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