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逃出地球引力的速度

圖文 更新时间:2024-10-01 16:26:18

在距離地球表面6000光年的地方,有一顆名為“黑寡婦脈沖星”的快速旋轉中子星。每隔 9 個小時,它就會向它互繞旋轉的“伴星”褐矮星發射一次高能輻射流。站在地球上,可能你會認為你隻是這個“暴力芭蕾舞”的觀測者,但事實上這兩顆星都在向你施加着引力,正在把你拉向它們,而你在努力掙脫。相距幾十萬億公裡的你們,被萬有引力所聯系起來。

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萬有引力是兩個有質量的物體之間所産生的吸引力——任何兩個有質量的物體之間都存在。這意味着宇宙中的每一個物體都會吸引其它物體,比如:恒星、黑洞、人類、智能手機,甚至原子......都在持續不斷地互相吸引。那我們為什麼覺察不到自己被拉向數十億個不同的方向呢?

有兩個原因:質量和距離。

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圖解: 地球引力場中的引力探測器B

最初描述兩個物體之間引力的公式是由艾薩克·牛頓在 1687 年所寫。從那時起,科學家們對引力的理解就開始不斷地發展,但牛頓的萬有引力定律,在多數情況下仍是相當好的近似計算方法。

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圖解:萬有引力使行星按照自身的軌道圍繞太陽運轉

就像這樣:兩個物體之間的萬有引力等于一個物體的質量乘以另一個物體的質量,再乘以一個很小的數值叫做萬有引力常數,再除以兩個物體之間距離的平方。如果你把其中一個物體的質量加倍,它們之間的引力也會加倍;如果它們之間的距離變成兩倍,那麼它們之間的引力就隻有原來的四分之一強度了。

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你和地球之間的萬有引力在把你拉扯向地球的中心,你所感知到的這種力量就是你的體重。假設這個力量有 800 牛頓,這是當你站在海平面上的情況。如果你漂浮在死海上,重力隻會增加0.8牛頓力。如果你爬上了珠穆朗瑪峰頂端,重力會減少微不足道的一點點。你爬得越高,重力影響會減弱一些,但它不可能消失。

你無法逃脫重力,是因為引力是由時空扭曲所産生的。

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時空,即是三維空間加上時間——它在擁有質量的物體周圍彎曲。地球的引力能延續到國際空間站,雖然空間站距離地球 400 公裡之外,但地球對其引力幾乎是原本的強度。如果空間站被固定在一根巨大的柱子上,你還是會感受到與在地面上相比百分之九十的引力。而宇航員之所以感受到失重,是因為空間站被地球的引力持續拉扯,不斷地向地球墜落。所幸它繞地球運行的速度足夠快,所以不至于撞向地球。

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當你到達大約40萬公裡外的月球表面時,引力就隻剩下你在地球上感受到的0.03%了,你能感受到唯一的重力就是月球的引力,它的強度大約是地球的1/6。如果離得再遠一些,地球對你的引力将繼續減少,但是永遠不會減小到零。

雖然我們被安全地栓在地球上,但還是會受到遙遠天體和近地天體的微弱引力。太陽對你施加大約 0.5 牛頓的引力。如果你離你的智能手機隻有幾米遠,你們之間微微牛頓的作用力,相當于你與仙女座星系之間的引力。仙女座星系距離我們250萬光年,但質量是太陽的10000億倍!

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其實,想要逃避引力是有方法的。

如果周圍所有的質量都在拉我們,若我們挖洞進入地球深處,地心引力會如何變化呢?假設你在地下不被烤焦或壓垮的話。

如果你在地球的中心挖一個洞,假定地球是一個完美球形,雖然它不是——你會感受到來自各個方同等的引力。你會懸在空中,進入失重狀态,其它天體對你産生的作用力則幾乎可以忽略不計。所以隻有在這樣的思維實驗當中——鑽到地心,才能逃離地球萬有引力。

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參考資料

1.Wikipedia百科全書

2.天文學名詞

3. Yifan L- Carol Wang-流星魂

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