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2017年11月26日 星期日

宇宙速度(Cosmic Velocity)-2017

宇宙速度(cosmic velocity)定義為物體從地球出發,要脫離不同天體重力場的四個較有代表性的初始速度的統稱,也就是脫離四種以地球為基準重力場的不同脫離速度(escape velocity),本詞最早由日本人提出只定義到第三宇宙速度。人類於1948年達到第一宇宙速度,1955年達到第二宇宙速度,1969年達到了第三宇宙速度。而已經到達第二宇宙速度的太空船可以透過大型行星(如木星或土星)的重力助推而得到更高速度,但前提是必需剛好在太空飛行器行經路徑上。

第一宇宙速度(first cosmic velocity),又稱為環繞速度,是指在地球上發射的物體繞地球飛行作圓周運動所需的最小初始速度,定義為物體脫離至距離地表150公里處的脫離速度,因為在此高度下太空船或衛星作高速運動會因為地球厚重的大氣而焚毀,數值約7.9km/s(超過33馬赫)

第二宇宙速度(second cosmic velocity),亦即脫離地球重力場的脫離速度,指從地球上發射的物體擺脫地球引力束縛,飛離地球引力場所需的最小初始速度,數值約11.2km/s

第三宇宙速度(third cosmic velocity),是指在地球上發射的物體擺脫太陽引力束縛,飛出太陽系所需的最小初始速度,數值約16.7km/s,目前僅有少數美國的太空船達到此一速度。

第四宇宙速度(fourth cosmic velocity),是指在地球上發射的物體擺脫銀河系引力束縛,脫離銀河系所需的最小初始速度。但由於人類尚未完全暸解銀河系的準確大小與質量,目前僅得出近似值速度在492~594km/s間。實際上,到目前為止人類所發射的太空飛行器還沒有達到這個速度。
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當然上述四種速度是以地球為基準來定義,未來人類如果建立其他外星殖民地或者前哨站要從不同天體發射太空船或人造衛星則會有不同的脫離速度。
Location Relative to Ve(km/s)
On the Sun The Sun's gravity 617.5
On Mercury Mercury's gravity 4.25
On Venus Venus's gravity 10.36
On Earth Earth's gravity 11.186
On the Moon The Moon's gravity 2.38
On Mars Mars' gravity 5.03
On Ceres Ceres's gravity 0.51
On Jupiter Jupiter's gravity 60.20
On Io Io's gravity 2.558
On Europa Europa's gravity 2.025
On Ganymede Ganymede's gravity 2.741
On Callisto Callisto's gravity 2.440
On Saturn Saturn's gravity 36.09
On Titan Titan's gravity 2.639
On Uranus Uranus' gravity 21.38
On Neptune Neptune's gravity 23.56
On Triton Triton's gravity 1.455
On Pluto Pluto's gravity 1.23
At Solar System galactic radius The Milky Way's gravity 492–594
On the event horizon A black hole's gravity 299,792.458 (speed of light)

Location Relative to Ve(km/s) System escape Vte(km/s)
At Mercury The Sun's gravity ~ 67.7 ~ 20.3
At Venus The Sun's gravity 49.5 17.8
At Earth/the Moon The Sun's gravity 42.1 16.6
At the Moon The Earth's gravity 1.4 2.42
At Mars The Sun's gravity 34.1 11.2
At Ceres The Sun's gravity 25.3 7.4
At Jupiter The Sun's gravity 18.5 60.4
At Io Jupiter's gravity 24.5 7.6
At Europa Jupiter's gravity 19.4 6.0
At Ganymede Jupiter's gravity 15.4 5.3
At Callisto Jupiter's gravity 11.6 4.2
At Saturn The Sun's gravity 13.6 36.3
At Titan Saturn's gravity 7.8 3.5
At Uranus The Sun's gravity 9.6 21.5
At Neptune The Sun's gravity 7.7 23.7
At Triton Neptune's gravity 6.2 2.33
At Pluto The Sun's gravity ~ 6.6 ~ 2.3


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