第四宇宙速度

让我们先来了解点宇宙常识再来回答这个问题吧：相传牛顿因为看到苹果落向地面而发现了万有引力，宇宙万物是互相吸引的，地球上的物体被地球的引力牢牢吸在地球上。

同样还是牛顿他认为在地球表面平抛一个物体，如果地球有缝隙，那这个物体会绕回原处；进一步他想象一个人站在高山上平抛一个物体，物体会沿着一条曲线最终落回地面，但是抛掷速度越大投掷距离越远，于是他设想如果平抛初速度足够大，那这个物体将不会再落回地面，而会环绕地球运动。

牛顿利用牛顿第二定律和向心力公式近似地计算出了这个初速度。

牛顿把物体接近地面做圆周运动的轨道半径近似地看作是地球的半径，把物体所受的重力即万有引力全部看作是物体做圆周运动的向心力，向心加速度a近似地取地球表面的重力加速度g。

即公式F=ma=GMm/r²=mg=mv²/r，其中r为地球半径，数值为6.37x10^6米/秒，g为9.8米/秒²，得到v=√gr≈7.9千米/秒。

这个速度被人们称为“第一宇宙速度”。

下面我们对第一到第四宇宙速度作一全面介绍。

第一宇宙速度又叫环绕速度，是指物体接近地球表面环绕地球所需要的最小速度，也是发射人造地球卫星的最小发射速度，是最大的环绕地球速度，因为离地球越远，引力越小，环绕速度越小，这符合开普勒定律，这个速度V1为7.9千米/秒，这里环绕指的是圆周轨道。

物体的轨迹在太阳上看来是一个螺旋线。

第二宇宙速度又叫脱离速度，是指在地球上发射的物体摆脱地球的引力的束缚，环绕太阳所需的最小速度，这个速度V2=√2V1=√2x7.9=11.18千米/秒当物体速度在7.9――11.2千米/秒之间时，物体以椭圆轨道环绕地球，比如月球在地球的引力范围，所以探月卫星的速度还是小于11.2千米/秒，并没有脱离地球引力。

当达到V2=11.2千米/秒时，物体的轨迹在地球上看来是一条抛物线，当然在太阳上看来是一个环绕轨道。

第三宇宙速度又叫逃逸速度，是指在地球上发射的物体摆脱太阳系的引力束缚，飞出太阳系所需的最小速度，这个速度Ⅴ3=16.62千米/秒，当然这个数值是物体发射速度方向和地球公转方向一致时计算出来的，如果不一致，速度还要大于16.7。

这时物体的轨迹在地球上看来是一条双曲线，在太阳上看来是一条抛物线飞离太阳。

象美国的星际探测器“旅行者1号”现在速度已超过16.7千米/秒摆脱太阳系的束缚进入星际空间了。

它的运行轨迹在地球上看来就是个开口很大的双曲线了。

那么第四宇宙速度是什么呢？大小是多少呢？第四宇宙速度指在地球上发射的物体摆脱银河系引力束缚，飞出银河系所需最小初始速度，大约为110――120千米/秒。

如能充分利用太阳系围绕银心的转速，最低航行速度可为82千米/秒，而120千米/秒是脱离银河系的绝对速度，所以人们把这一速度称为第四宇宙速度，不过银河系的质量以及半径等无法精确取值，这个数字需很久才能有公论。

这时物体的轨迹在银河系中心来看是一条双曲线，而在地球看来是一条直线了。

当然还有第五第六宇宙速度，分别是飞出星系群和脱离全宇宙的引力的速度。

估计星系群的尺度大概有500――1000万光年，照这样算第五宇宙速度为1500――2250千米/秒，估计宇宙半径460亿光年，质量未知，所以第六宇宙速度未知。

第四宇宙速度是什么，先从宇宙速度说起宇宙速度是人造天体进入宇宙轨道所必须的速度。

以人造卫星进入绕地轨道为例，卫星想要绕地球飞行，必须达到一定的速度，速度小了就会掉回地球。

物理上都学过，一个物体做圆周运动时会受到一个向心力的牵引，卫星绕地球飞行时， 由地球的万有引力提供向心力。

根据万有引力和向心力的公式相等关系，得出卫星绕地球飞行的速度为7.9km/s，这个速度也就是第一宇宙速度。

只有当飞行器的发射速度至少为这个速度时，才能绕地球飞行。

而速度继续加大的话，将会脱离地球的引力，最终绕太阳飞行，这个速度也就是第二宇宙速度，也称为逃逸速度。

飞行器是脱离地球引力的过程中，克服引力做功，动能逐渐转化为势能，所以初始动能不能小于脱离过程做的功。

由于高度升高的过程中势能逐渐减少，利用微积分的思想计算，得出第二宇宙速度为11.2km/s。

同样的道理，想要飞出太阳系的话，到浩瀚的银河系中漫游所需要的最小发射速度，就叫做第三宇宙速度。

计算方法的与第二宇宙速度的计算方法一样，只不过将公式中的地球质量换成太阳的即可，第三宇宙速度的值为16.7km/s。

说了半天，第四宇宙速度千呼万唤始出来。

不过有了前面的铺垫，对于第四宇宙速度的理解和计算就顺理成章了。

第四宇宙速度所要解释的是飞行器脱离银河系的最低速度，计算方法与前面类似，只不过质量和半径相应替换成银河系的质量和半径即可。

那么问题来了，银河系的质量和半径是多少？这个目前还不能得出准确的结论。

所以，目前给出的第四宇宙速度只能是个大约的数，大约110~120km/s。

随着人类科学技术的进步，飞行器速度逐渐提高，于1948年达到第一宇宙速度，1955年达到第二宇宙速度，1969年达到了第三宇宙速度，第四宇宙速度于1991年提出后，人类一直在努力，相信终会有那么一天能够达到。