地球速度达到30千米每秒，快于第三宇宙速度，为何未飞离太阳系

几百年前，人类认为地球是宇宙的中心，太阳、月亮和星星围绕着它运动，但后来才逐渐意识到这种观点是幼稚的。今天我们知道，地球只是太阳系中的一颗行星，它与太阳系中的许多其他天体一起围绕太阳旋转。我们都知道，第一、第二和第三宇宙速度分别为7.9公里/秒、11.2公里/秒和16.7公里/秒，这相当于一个物体绕地球运行、离开地球引力场并依靠自身惯性和无阻力飞出太阳系所需的最低速度。看起来，地球在围绕太阳旋转的过程中应该比第三宇宙速度慢，但事实并非如此，因为现代科学早已确定，地球的旋转速度约为30公里/秒。

因此，问题出现了：为什么地球在以30公里/秒的速度运动时没有飞出太阳系，比宇宙第三速度快得多？对于一个天体来说，当其附近的物体达到一定的数值时，它就可以逃离天体的引力场，这个速度被称为天体的逃逸速度。这可以用一个简单的公式V=2GM/R，带根号来计算公式中的G、M和R分别指引力常数、物体的质量和物体与物体质心的距离。将地球的质量约5.965x10^24公斤、地球的半径约6371000米代入上述公式，并将引力常数定为6.67x10^11，我们可以计算出从地球表面逃逸的速度约为11.2公里/秒，正如我们所看到的，这实际上就是我们所说的第二宇宙速度。

使用同样的方法，我们还可以根据太阳的质量约1.989x10^30公斤和太阳与地球之间的平均距离约1.5x10^11米计算出，一个物体在地球位置相对于太阳的逃逸速度约为42.2公里/秒。换句话说，地球必须以42.2公里/秒的速度才能逃离太阳的引力场，从而飞出太阳系。显然，由于地球的速度只有30公里/秒，远远低于太阳的逃逸速度，地球自然就不会飞出太阳系了。那么为什么第三宇宙速度只有16.7公里/秒呢？第三宇宙速度是地球表面的物体仅靠自身惯性，在没有任何阻力的情况下飞出太阳系所需的最低速度，也就是说，第三宇宙速度是以地球为静止参考框架的。

这意味着，如果我们在地球表面向地球自转方向发射航天器，我们可以使用地球的自转速度，在此基础上我们只需要加上12.2公里/秒，就可以达到42.2公里/秒的太阳逃逸速度，飞出太阳系。然而，12.2公里/秒并不是第三宇宙速度，因为航天器还必须克服地球的引力。就能量而言，从地球表面发射的航天器飞出太阳系所需的最小动能实际上是地球表面逃逸速度即11.2公里/秒的第二宇宙速度所对应的动能，加上12.2公里/秒的速度即地球旋转速度与太阳逃逸速度之差所对应的动能。

我们知道，一个物体的动能与它的运动速度的平方成正比，在这种情况下，我们把V写成地球的逃逸速度，把ΔV写成地球的旋转速度与太阳的逃逸速度之差，从而得到，从地球表面发射的航天器飞出太阳系所需的动能对应的速度=根号下V^2+ΔV^2。一个简单的计算告诉我们，这个速度大约是16.56公里/秒，这实际上是第三宇宙速度。之所以不是16.7公里/秒，实际上是由于我们所取数值的精确性。事实上，在上述计算中，如果我们把地球的自转速度看得更精确一点，即29.8公里/秒，我们就会得到16.7公里/秒的近似值。

总之，由于地球的自转速度是相对于太阳而言的，而第三宇宙速度是相对于地球而言的，我们不能直接比较这两个速度。好了，今天就讲到这里，欢迎大家关注我们，下次再见。