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投稿用户 • 2022-12-20 00:05 • 游戏数码 • 阅读 860

牛顿大炮

早在300多年前，牛顿就提出过一个设想，在一座高山上架一座大炮，大炮的炮口与水平面平行向前射出炮弹。不考虑空气阻力并假设没有任何高山或者建筑物遮挡，那么炮弹的速度越高，炮弹落点将越远（这不废话吗）。这个结论很直观，那如果把地球的曲率考虑进来呢?也就是说地面不是平面，而是球面，炮弹速度越高，依然落点越远，但是存在一个临界值，炮弹速度达到这个值之后炮弹绕着地球飞，永远不会掉下来。简单可以理解为炮弹飞行中由引力导致的炮弹高度降低与地面弯曲程度正好抵消。是不很神奇，又很熟悉，是的这就是牛顿提出万有引力定律时构想的著名的思想实验。

这个临界速度是多快呢——约7.9公里每秒（这个数其实和环绕的星球引力以及炮弹飞行的高度相关），这个数字可能不直观，我们将它这算成我们开车惯用的时速是28440公里每小时，差不多是一小时绕地球四分之三圈吧。这也是我们当前发射卫星飞船使用的最基本的飞行力学原理。

那有的人就问了，火箭发射飞船可是朝天往上飞的，而不是牛顿说的架个大炮水平往前打啊？

火箭发射卫星入轨的飞行过程

实际中我们用火箭发射卫星，为了便于发射以及让火箭快速飞出稠密大气层减小大气阻力带来的能量损失，我们都采取的垂直发射。在飞行过逐步的调整方向使火箭进行转弯，最终实现水平飞行。下面这个图就很形象的展示出火箭飞行的整个过程。

这张延时摄影更直观的拍摄出火箭飞行轨迹，可以看出火箭在飞行中逐步转弯的轨迹趋势。

我做了张简单的示意图，展示出了火箭发射卫星入轨的过程。

卫星在天上不同的飞法

刚说过卫星入轨的速度约为7.9公里每秒，这个数其实和环绕的星球引力以及飞行的高度相关。

（1）与星球引力的关系

首先我们先说一下这个速度与不同星球引力的关系，月球的第一宇宙速度1.68公里每秒，火星的第一宇宙速度为3.53公里每秒，基本规律是引力越大这个速度越大。

（2）与卫星飞行高度的关系

飞行高度越高，这个速度越小，当高度足够高时，卫星飞行速度与地球旋转刚好一致时，我们从地面看卫星仿佛静止不动，那这个卫星轨道就叫地球静止轨道，这个高度很高，基本上在离地面35786公里的高度，这个高度比绕地球一圈的长度稍微短一丢丢吧。

（3）那么有第一宇宙速度，第二宇宙速度是什么、第三、第四、第五呢……

如果卫星飞行速度超出第一宇宙速度但超的又不多，还未挣脱地球引力，还能绕着地球飞，这时卫星飞行轨道差不多是一个大椭圆，远地点很远。速度越大这个远地点就越高，当速度达到某个临界值时远地点无穷远时（也就是卫星飞出了地球引力束缚了），这个速度就是第二宇宙速度，也叫做逃逸速度。相应的第一宇宙速度又叫环绕速度。（好像比第一第二的叫法更直观）。同理，第三宇宙速度就是太阳的逃逸速度大约是16.7公里每秒。第四宇宙速度是飞出银河系的逃逸速度大约是550公里每秒。第五宇宙速度是本星群系的逃逸速度约2000公里每秒。

黑洞

第五宇宙速度的这个速度好大，是不快接近光速了？没有，还远着呢。光速约是300000（30个W）公里每秒。那有人就大胆的设想，宇宙中是否存在一种星体，它的引力超大，以至于它的逃逸速度都比光速还快，光都逃脱不了它的束缚。有，那就是黑洞，由于光都无法逃逸出来，因此看上去就是一团绝对的”黑“，所以叫黑洞，但是并不是洞，其实也是一个星体形，状基本也是个圆球。扯远了，不好意思。

总结

文章标题的谜底揭晓了，卫星和飞船在天上飞，掉不下来靠的是——速度。

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黑洞

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