宇宙的膨胀速度为什么能大于光速(人们常说的宇宙速度)

如今航天科技的成熟离不开先人的努力,在牛顿的时代人们就思考着如何能飞向天空,在宇宙中航行。其中牛顿提出的万有引力更是理论核心,那么它是如何帮助人们飞向宇宙的呢?

第一宇宙速度

牛顿思考万有引力的时候就曾想过,把物体从高山上抛出,速度一次比一次大,物体落地点也就一次比一次远,如果速度足够大,那么物体就不再落回地面,而是绕着地球飞行,成为人造地球卫星,现在让我来计算一下这个速度有多大。

假设地球的质量为M,绕地球飞行的飞行器质量为m,飞行速度为v,它与地心的距离为r,飞行器所需的向心力是由地球与飞行器之间的万有引力提供的,则有如下公式成立:

mv²/r=GMm/r²

解出v,飞行器飞行高度与地球半径相比微乎其微,所以就用地球半径来代替飞行器与地心距离r,由此解出速度v≈7.9km/s

这就是物体绕地球飞行的最低速度,也称第一宇宙速度!

宇宙的膨胀速度为什么能大于光速(人们常说的宇宙速度)(1)

第一宇宙速度

当飞行器速度大于7.9而小于11.2飞行器轨迹将变成椭圆,而大于11.2km/s的速度则会脱离地球引力,永远离开地球,我们称11.2为第二宇宙速度。当然啦,脱离地球的物体还要受到太阳系里的“皇帝”,太阳的引力,否则就会绕着太阳转动,就像地球一样。如果想挣脱太阳的束缚则必须使物体的速度达到第三宇宙速度,就会飞到太阳系外,这个速度是16.7km/s。

宇宙的膨胀速度为什么能大于光速(人们常说的宇宙速度)(2)

外太空

梦想成真

在万有引力理论如此成熟之后,人们便试着开发飞行器,使它的速度能够达到宇宙速度。19世纪中叶,俄罗斯学者齐奥尔科夫斯基指出利用喷气推进的多级式火箭,是实现航天的有限工具。

1957年10月4日,苏联成功发射世界上第一科人造卫星,卫星质量83.6千克,每90分绕地球飞行一圈。

4年之后,苏联空军少校加加林进去东方一号载人飞船绕地球飞行一圈,历时108分钟,然后重返大气层,安全降落地面,铸就了人类进入太空的里程碑。

1969年7月16日,美国阿波罗11号载人飞船成功绕月飞行,落到月球地面,指挥长阿姆斯特朗和驾驶员奥尔德林在月球表面登录,阿姆斯特朗小心翼翼的踏上月球表面并说出了那句载入史册的名言“对个人来说,这不过是小小的一步,但对人类而言,这是巨大的飞跃!”

2003年10月5日,我国神舟五号宇宙飞船成功发射,杨利伟成为我国第一航天人!

宇宙的膨胀速度为什么能大于光速(人们常说的宇宙速度)(3)

杨利伟成功落地

宇宙的恒大,地球月球只不过是小小的尘埃,人类历史不过是宇宙年轮一道小小刻痕……宇宙留给我们太多的奥秘,宇宙有没有边界,有没有起始和终结,地外文明在哪里?……

今天就讲到这里,小赵知识教育,为你讲述科学奥秘,欢迎下方评论留言,喜欢的加关注吧!

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