第一、第二、第三宇宙速度都经常提,为什么很少有人说第四宇宙速度?

由网友 环球科幻 提供的答案：

第一、第二、第三宇宙速度是我们比较熟悉的物理概念,在太空探索和航天工程中用的比较多。而第四宇宙速度则相对较少被提及,主要是因为逃逸速度在实际应用中的意义相对较小,只是停留在理论中。

一般我们指的第一宇宙速度是指物体在地球表面垂直向上发射时所需的最小速度,以克服地球引力的作用,使其能够达到无穷远处的最小速度。第二宇宙速度是指物体在无穷远处的最小速度,以保持其绕地球匀速运动。第三宇宙速度是指物体在与地球引力相等的引力场中,以使其能够进入稳定的轨道运动所需的最小速度。这些物理概念还是很好区分的。

相比这三个宇宙速度,第四宇宙速度则指物体在逃离太阳系的引力束缚时所需的最小速度,也称为逃逸速度。逃逸速度是指物体从一个天体表面上发射,穿过引力场逃离该天体的最小速度。对于地球而言,逃逸速度为11.2 km/s,而对于太阳而言,逃逸速度则高达617.7 km/s。

由此看来逃逸速度是一个很好理解的概念,但它在实际应用中的意义相对较小。当前,人类的太空探索主要集中在近地轨道和行星探测上,而不是逃离太阳系。所以在平时第四宇宙速度的应用相对较少,提及也就少了很多。

由网友 想法捕手 提供的答案：

因为不好用,"食之无味弃之可惜"来形容第四宇宙速度正合适,为什么这么说？先了解一下几个宇宙速度的基本定义再解答。

第一宇宙速度：环绕速度。

第一宇宙速度又称：航天器最小发射速度、航天器最大运行速度、环绕速度,是指以地面为参照物达到7.9千米每秒的运行速度。简单来说,当你在地球上,以这个速度扔出一个物体之后,这个物体就可以一直围绕着地球做匀速圆周运动,而不会落向大地。

第一宇宙速度对于我们最主要的运用,就是人造卫星了。人造卫星的出现改变了现代人的生活,但实际上环绕地球的卫星,会比这个速度小一点。

因为,按照力学理论计算出的 7.9 公里/秒,只能保证卫星沿着地球表面运行。实际上,地球表面存在稠密的大气层,卫星不可能贴近地球表面作圆周运动,必需在 150 公里以上,才能绕地球作圆周运动。随着高度的增加,地球对卫星的引力会减小,因此在此高度下的环绕速度约为 7.8 千米/秒。

第二宇宙速度：地球逃逸速度。

当以地面为参照物,发射物体的速度达到11.2千米每秒,即第一宇宙速度的 √2 倍,这个物体就能沿一条抛物线轨道逃离地球引力的束缚,飞向宇宙。

第二宇宙速度的本质其实是一物体的动能克服该物体的重力势能时,该物体所需达到的最小速度。达到了这个速度才能实现太空探索,大大小小的探测器才能造访我们太阳系的邻居们。

值得注意的是,月球并未摆脱地球引力的范围,所以从地面发射探月航天器,是不需要达到第二宇宙速度的,实际上其初始速度不小于10.848千米每秒即可。

嫦娥四号任务月球车效果图

第三宇宙速度：太阳系逃逸速度。

在充分利用地球公转速度的情况下,即飞行器入轨速度与地球公转速度方向一致时,以地面为参照物,飞行器的速度达到16.7千米每秒时,就能沿双曲线轨道飞离地球,并能脱离太阳的引力,飞出太阳系。而这个速度是以离太阳表面无穷远处势能为0而求出的最小值。

目前人类唯一运用了第三宇宙速度的探测器就是"旅行者1号"（Voyager 1）。上个世纪70年代,NASA将代表人类最高成就的太空科技产品的旅行者1号发射了出去,它的任务就是飞出太阳系。在经过木星土星引力弹弓加速后,现在它已驶入了外太阳系,截止到2018年11月它仍然正常,不出意外它会成为第一个飞出的人造物体。

旅行者1号、2号的运动轨迹

被科学界公认的大三宇宙速度之间的关系

当发射速度V与宇宙速度分别有如下关系时,被发射物体的情况将有所不同：

第一种情况：当v<第一宇宙速度时,被发射物体最终将落回地面；

第二种情况：当第一宇宙速度≤v<第二宇宙速度时,被发射物体将绕地球公转,成为地球的"人造卫星"；

第三种情况：当第二宇宙速度≤v<第三宇宙速度时,被发射物体将脱离地球束缚,成为绕太阳公转的"人造行星"

第四种情况：当v≥第三宇宙速度时,被发射物体将飞出太阳系。

第四宇宙速度：银河系逃逸速度。

以地球为参照物,目前网上估算的是发射速度貌似达到120千米每秒时,才有可能摆脱银河系的引力束缚,飞离银河系。

但其实这个速度是一个不太靠谱的结论,它并没有被科学界确认,它更多出现在科幻或科普读物中。

为什么说第四宇宙速度不太靠谱？

首先,逃逸速度取决与要逃逸目标的质量。对于银河系,整体质量到底有多重？我们目前没有一个确定的答案。再加上银河系暗物质的发现,让银河系的质量之谜更加扑朔迷离。

其次,目前的第四宇宙速度的数值,仅仅是依据牛顿的万有引力给出的一个估算。但对于像银河系这样大的一个宇宙尺度,以万有引力公式计算,会产生相当大的误差。

最后,以人类目前掌握的化石燃料,要把推进器的速度提升到预估的第四宇宙速度,是永远不可能的,除非人类再掀起一场能源革命。

第四宇宙速度更像人们根据经典认知,给出的一个推论。他和大多数前沿物理理论一样,无法验证,但为什么这个速度,反而容易被大家所接受,而前沿物理理论的一些概念却无法被大家接受呢？原因仅仅是因为,这种速度推论的逻辑,符合人们的日常经验认知。

另外,第四宇宙速度,以及第二第三宇宙速度,都是一个逃逸的最低速度。他们最大的作用在于告诉我们,要逃离我们的所在地所需要的最低能量是多少？

然而,对于银河系这样超大的距离,即便人类以后有能力飞离银河系,也绝对不会以第四宇宙速度来飞离银河系,因为这样需要花费的时间太长了。人类至少要掌握了近光速或者超光速移动的方法,才有可能飞离银河系。

总结

在人类的科技实力,没有突破性进展的前提下,讨论第四宇宙速度,是完全没有意义的。套用奥康姆剃刀原理所说的,如无必须,勿增实体。

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由网友 兔斯基聊科学 提供的答案：

的确,我们会经常提起第一宇宙速度、第二宇宙速度和第三宇宙速度,却很少提及第四宇宙速度。为什么很少有人提及第四宇宙速度呢？

所谓的第四宇宙速度指的是在地球上发射的物体要摆脱银河系的引力束缚,飞出银河系需要具备的最小初始速度。我们且不管第四宇宙速度有多快,单单就银河系的广度而言,我们要飞出银河系是不现实的。所以第四宇宙速度就显得有些多余了,提不提也没啥意思。

什么是宇宙速度呢？简单地来说,就是我们乘坐宇宙飞船完成这次遥远的星际旅行需要具备的4个有代表性的初始速度。除了第四宇宙速度,第一宇宙速度,第二宇宙速度和第三宇宙速度我们在现实当中已经应用到了。

第一宇宙速度又叫做环绕速度。它指的是在地球上发射的物体环绕地球飞行做圆周运动而不掉落地面上所需要的最小初始速度。这个速度是每秒钟7.9千米/秒。我们对第一宇宙速度的应用是非常多的。我们把人造卫星和空间站送到太空中,环绕地球飞行不掉下来,第一宇宙速度就是航天器需要达到的最低速度。

当我们打算离开地球到太阳系中的其他星球上时,就需要更快的速度来摆脱地球引力的束缚。这时宇宙飞船需要具备的最低速度就是第二宇宙速度了。第二宇宙速度是11.2千米/秒。例如,我们的天问一号火星探测器要从地球飞到火星那里,需要具备的最低速度就是第二宇宙速度。

第二宇宙速度也叫作逃逸速度。不同星球上的逃逸速度是不同的。假如有一天人类登陆火星了,我们从火星上返回地球时就要摆脱火星引力的束缚。由于火星比地球小,所以火星的逃逸速度要比地球逃逸速度小。火星的逃逸速度是5千米/秒。因此只考虑速度因素,宇宙飞船离开火星比离开地球容易得多。

未来人类开启太空时代,人类或许会在太阳系内的各个星球上来回穿梭。每个星球的逃逸速度就是圈起来必考的重点题啊！

如果我们在太阳系呆腻了,想要离开太阳系到银河系内的其它恒星那里,我们就要需要更快的速度来摆脱太阳的引力束缚了。这就是第三宇宙速度。从地球上出发,第三宇宙速度是16.7千米/秒。宇宙飞船只要达到了这个速度,它飞出太阳系就是迟早的事情了。

为什么说宇宙飞船飞出太阳系是迟早的事情？第三宇宙速度每秒钟16

.7千米,也就是每小时60120千米。以这样的速度只需要40分钟就可以绕地球赤道一周。第三宇宙速度和我们日常生活中的移动速度来比,无疑是非常快的。但是它和太阳系比起来那只能是"呵呵"了。

太阳系有多大？目前科学家认为太阳系的半径范围至少有1光年。目前离开地球最远的太空探测器,旅行者1号的飞行速度达到了17.062千米。这个速度已经超过了第三宇宙速度。旅行者1号探测器已经具备了飞出太阳系的能力了。可是,它以这样的速度飞出太阳系得需要大约17500年的时间。所以我们只能说,达到了第三宇宙速度,宇宙飞船飞船太阳系是迟早的事情。

宇宙飞船有大把的时间可以飞下去,我们人类就不行了,谁能够活那么久？

那么第四宇宙速度有多快呢？一些资料上说是120千米/秒；一些资料上说是大于525千米/秒。第四宇宙速度怎么会有这么大的差距呢？这是因为我们现在还无法知道银河系的准确大小和质量。因此,第四宇宙速度只能是一个粗略的估算。

科学家估计银河系的直径至少有10万光年。太阳距离银河系中心大约2.64万光年。以此计算,我们距离银河系银盘的边缘大约2.36万光年。假如我们以一些资料上说的以525千米/秒的速度飞出银河系需要多久呢？答案是需要大约1360万年。这可真是要飞到地老天荒的节奏啊！

更何况,目前我们人类发射到太空中的探测器连120千米/秒还没有达到呢？所以第四宇宙速度对于我们来讲没有多大意义。

400多年以前,英国物理学家牛顿说,在高山上架起一门大炮,只要这门大炮的威力足够大,炮弹的速度足够快,炮弹就可以围绕地球不停的转而不会掉到地面上。这就是著名的"牛顿大炮"的设想。牛顿以此推算出了第一宇宙速度为7.9千米/秒。

在那个还以马车为交通工具的年代,每秒钟7.9千米的速度简直就是天方夜谭,不可能实现的。然而时间仅仅过去了400年,科学就把不可能变成了现实,把卫星送上了天。所以,有没有这种可能呢？未来人类可以达到远超第四宇宙速度的速度,可以轻松地穿行于整个银河系呢！

对此你是怎么看的呢？一起聊一聊吧！

由网友 喙轮发动机科技 提供的答案：

第一宇宙速度：是指物体紧贴地球表面作圆周运动的速度,也就是我们熟知的人造地球卫星的最小发射速度,它约为7.9km/s,计算公式是V=(gR)^0.5（下同）。

这是目前人类能够直接达到的最大速度,约23倍音速。

第二宇宙速度：是指物体完全摆脱地球引力束缚,飞离地球所需要的最小初始速度,它约为11.2km/s。

这是目前人类能够达到的极限速度,需要经过火箭发射达到7.9km/s后,再用霍尔发动机进行长时间加速后才能达到11.2km/s,约33倍音速。

第三宇宙速度：是指在地球上发射的物体摆脱太阳引力束缚,飞出太阳系所需的最小初始速度,它约为16.7km/s。

这个速度是目前人类正在追赶的目标。

第四宇宙速度：是指在地球上发射的物体摆脱银河系引力束缚,飞出银河系所需的最小初始速度,它约为110-120km/s。也是指在银河内绝大部分地方所需要的最小航行速度。如充分利用太阳系围绕银心的转速,最低航行速度可为82km/s。

但是,由于人类对银心的质量以及半径等无法取值,对银河系这个庞然大物知之甚少,无论是"110-120km/s"还是"82km/s",目前都没有形成公论,即目前根本无法得出准确的第四宇宙速度。所以很少有人在正式场合提及第四宇宙速度及其准确值。

在理论上还有第五宇宙速度（估计为1500-2250km/s）和第六宇宙速度,就更没人提了。

由网友 艾伯史密斯 提供的答案：

答：因为人类对宇宙的探索,还远远没有达到考虑第四宇宙速度的的层面,第四宇宙速度大约是120km/s。

人类现在的飞行器,能达到第三宇宙速度（16.7km/s）,这是相对于地球参考系,能飞出太阳系的最小发射速度,如果借助木星、土星的引力弹弓效应,发射速度还可以进一步降低。

比如旅行者一号和二号,就借助了引力弹弓效应,达到脱离太阳引力的速度,目前朝着太阳系外飞去。

第四宇宙速度,指的是在地球上发射的物体,能完全脱离银河系引力的最低发射速度,大约120km/s,这只是估计值,因为银河系的精确质量目前还存在争议。

人类目前的航天技术,根本无法达到如此高的发射速度,最厉害的火箭推进器,能把飞船加速到20km/s左右,这已经是化学燃料火箭的极限了。

有人可能会想到,帕克太阳探测器的速度,最高达到了200km/s,不是已经远远超过了第四宇宙速度吗？

其实这个理解是错误的,帕克太阳探测器的发射速度不超过17km/s,然后在逐渐接近太阳时,被太阳的引力加速到了200km/s,如果帕克太阳探测器背朝太阳方向飞行,根本就飞不出太阳系。

太阳围绕银河系中心公转,公转周期大约2.26亿年,公转速度240km/s,地球上发射的探测器,借助了太阳系的公转速度才得到第四宇宙速度。

此外还有第五宇宙速度,表示摆脱本星系群的最低速度,大约2000km/s；还有第六宇宙速度,表示摆脱本超星系团的最低速度,这个速度接近光速。

如果未来人类实现了星际航行,造出了曲速飞船,那么就可以自由地在各星系间航行,饱览宇宙的宏伟和壮观。

好啦！我的内容就到这里,喜欢我们文章的读者朋友,记得点击关注我们——艾伯史密斯！

由网友 路平说 提供的答案：

第四宇宙速度

其实关于宇宙速度的概念并不难理解,而且我们比较熟悉的是宇宙第一速度、宇宙第二速度、宇宙第三速度。

至于第四宇宙速度,很少被人提及,它的意思是从地球出发,摆脱银河系的引力,冲出银河系所需要最低速度,不过,这个宇宙速度很鸡肋,因为它的数值还无法确定,甚至可以说这个数值对我们而言并没有多大意义。那具体是咋回事呢？

宇宙速度的咋来？

我们需要从第一宇宙速度说起,传统的说法就是第一宇宙速度是环绕速度,不过,我个人觉得这个说法并不容易理解,我们可以从牛顿思考万有引力定律的方法来理解。牛顿在自己的著作《自然哲学的数学原理》当中,描述了他思考万有引力定律的方法,我们现在也管这个叫做牛顿大炮。

那具体是咋回事呢？假设我们拥有一台理想的大炮以及一颗理想的炮弹。

• 自由落体

如果我把炮弹举高到一定的高度,然后放手,那这个炮弹就会自由落体,掉到地上。

• 抛物线

如果用大炮把炮弹打出去,让炮弹得到一定的初速度,这时候就是一条抛物线。

• 第一宇宙速度

那如果这个时候,我们让炮弹打出来的速度达到7.9km/s,那炮弹就可以绕着地球转圈了。

为什么会这样呢？我们可以思考一下刚才的抛物线运动,在炮弹运动过程中,其实地面是几乎不变的,但是炮弹由于引力作用,就会有一个朝着地面落下的趋势。

但是,如果我们仔细思考一下,地球其实是个曲面。（地球是球状的）所以,其实地面是向下弯曲的。之前之所以会落在地上的本质原因是因为地面下落的幅度比炮弹下落的幅度小。如果炮弹下落多少距离,地面就像下落多少距离,那炮弹就永远不会落到地面上,也就是绕着地球做圆周运动了。

所以,我们管几乎贴着天体表现做圆周运动的速度叫做：第一宇宙速度。而在地球上速度达到7.9km/s时,就可以做到。

• 第二宇宙速度

但是,如果我们在第一宇宙速度的基础上不断地进行加速炮弹,炮弹可能会走一个更大的圈子,但并不一定能够摆脱地球的引力束缚,说白了就是还在地球的势力范围之内。

那什么时候才能摆脱地球的引力呢？

当速度达到一定程度时,也就是第一宇宙速度的1,41倍（实际就是根号二倍）,这个时候就可以摆脱地球的引力束缚,在地球上这个速度是11.2km/s,也被我们称为第二宇宙速度。

• 第三宇宙速度

而第三宇宙速度也好理解,就是要摆脱太阳的引力束缚,离开太阳,这个速度是多少呢？通过万有引力定律进行求解,得到的结果是16.7km/s。

（这里要注一下,第三宇宙速度指的是在地球上出发,摆脱太阳引力束缚所需要的最低速度。）

无论是哪个宇宙速度,说白了都和引力自身是息息相关的。

第四宇宙速度

• 对银河系的了解不够

而第四宇宙速度,是从地球出发,要摆脱银河系的最低速度。这意味着它自身会和银河系的质量有关系。但这时候问题就来了,银河系边界在哪,我们是不能确切知道的,下面这张我们常看到的银河系的图,实际上是观测+模型+理论计算得到的。我们会发现,关于银河系的半径一直在变化,银河系的恒星数也一直在调整,这些变化和调整就是基于更先进的观测技术得到的。

而更本质的原因是,我们没能力到银河系的上方给银河系拍照。这些指标定不下来,实际上银河系的质量就很难确定下来。

但这还不是最难做到的,毕竟上文讲的都是我们可以观测到的银河系的情况,但银河系当中还存在着我们看不到的东西,那就是暗物质,而且暗物质的含量还不少,就宇宙总体来看,暗物质的比例比已知物质的5倍还要多。

也就是说,我们甚至都无法知道银河系当中暗物质的提供的引力到底有多少。基于许多的不确定性,我们很难能够得到从地球出发,脱离银河系引力所需的最低速度到底是多少,因此这个第四宇宙速度的大小也就确定不下来了,变得很鸡肋。

• 没有实际的指导意义

当然,让第四宇宙速度变得更加无意义的是,目前的技术根本不足以让人类脱离银河系。人类现在的探测器只能勉强摆脱太阳的引力,勉强离开太阳,人类对它们的控制力几乎为0。而太阳的尺度相对于银河系简直小到像一粒沙子。银河系像太阳这样的天体大概就有1500亿~4000亿颗,恒星系数不胜数,银河系的半径都有几万光年的尺度,也就是跑都要跑几万年,这对于人类而言简直就是天文数字,何谈摆脱银河系的引力？

因此,第四宇宙速度也是在实际使用中根本涉及不到的。

基于以上两点,才会使得第四宇宙速度很少被提及。

由网友 太空科学站 提供的答案：

第一宇宙速度是飞出地球所需要的速度,数值为7.9km/s,第二宇宙速度是地球的逃逸速度,数值为11.2km/s,第三宇宙速度是太阳系的逃逸速度,数值为16.7km/s,第四宇宙速度是银河系的逃逸速度,目前的数值为120km/s,由于银河系的质量还没有定论,因此目前的第四宇宙速度仅供参考。

人类航天领域发展半个多世纪以来成果之一就是把旅行者一号送到了太阳系边缘,经过引力弹弓加速的旅行者一号已经达到了17km/s,超过了16.7km/s的太阳系逃逸速度,因此只需要几万年就能飞出半径一光年的太阳系。

旅行者一号本质上只是个探测器,人类航天的主要阵地还是在近地轨道,未来可能会到月球和火星,但本质上都是在太阳系内航行,因此第一和第二宇宙速度才是人类经常用到的,第三和第四宇宙速度就像大熊猫一样罕见。

宇宙速度的本质就是逃逸速度,除了第一宇宙速度外剩下的都是为了逃出天体的引力场,然而逃逸速度只是最低标准,17km/s的旅行者一号飞出太阳系需要几万年,就算未来的飞船可以达到120km/s,那么也不可能飞出直径20万光年的银河系。

人类需要更快的宇航速度才能走向太空,逃逸速度只是最小标志,并不意味着人类宇航速度的终点。然而现在传统的化学动力火箭连太阳系都无法自由巡航,在推进方式被革新之前人类最多只能开发到火星。

由网友 科学认识论 提供的答案：

学过中学物理的读者,肯定对宇宙第一,第二甚至第三速度不陌生。其实目前看来,人类可以计算出宇宙的第五宇宙速度。第六宇宙速度只能估测,而第七宇宙速度就超光速了,所以并没有物理意义。

第一宇宙速度是人类最常用到的速度。按照牛顿力学,第一宇宙速度就是卫星的最小发射速度,同时也是最大环绕速度。数值大概为7.9km/s。理论上,只要达到这一速度,那么你就可以脱离地面而环绕地球了。

但是要突破地球的引力束缚,起码要达到宇宙第二速度,这个数值大约为11.2km/s。

比如火星探测器的发射速度先达到宇宙第一宇宙后,绕地球环绕。然后在地球轨道上不断加速到11.2km才能冲出地球。所以宇宙第二速度也叫逃逸地球的速度。

逃出地球以后,接下来还受到太阳的引力作用,如果要摆脱太阳的引力束缚就还需要加速到16.7km/s。这就是宇宙第三速度。

达到这一速度就可以逃出太阳系了,比如旅行者一号的速度就超过第三宇宙速度了。

在电影《流浪地球》中,地球要是想冲出太阳系抵达比邻星,就需要借助木星的引力加速到宇宙第三速度以上。

其实对于人类来说,我们还完全没有能力逃出银河系,因为银河系太大了。旅行者一号光逃出太阳系就需要10万年。逃出银河系起码需要上亿年。

逃出银河系的速度就是宇宙第四速度,数值在120km/s左右。对于人类来说,这简直就是天方夜谭,所以航天领域基本不讨论这一速度。

逃出银河系后,就属于本群星系的范畴了,要摆脱本群星系的引力速度就需要达到宇宙第五速度,其数值起码需要达到1500km/s。

脱离本群星系后,还有本超星系团。科学家预计：脱离本超星系团的第六宇宙速度接近光速。

而达到第七宇宙速度就是要冲出已知宇宙了,其数值会超过光速。所以没有任何物质可以超过光速。于是第七宇宙速度就变得没有意义！

由网友 烩志 提供的答案：

先丢图看下我们要摆脱这些比较熟悉天梯的逃逸速度。第一宇宙速度这里没标,是指卫星这类航天器围绕地球轨道做圆周运动,并保证不掉下来的最小速度7.8公里/秒

第二宇宙速度是摆脱地球引力的逃逸速度,11.2km/s,

第三是指拜托太阳系引力的逃逸速度,42.1km/s,但是地球本身公转的速度就有29.8km/s,所以如果以地球为参照逃逸出太阳系的话,只需要42.1-29.8=12.3公里。在带入第二宇宙速度,得出第三宇宙速度为16.7km/s

而所谓的第四宇宙速度是指摆脱银河系引力的逃逸速度,然并卵的是我们对于银河系几乎还一无所知,不清楚银河系总质量和引力的情况下,只能假设为525km/s起步。、

也就是因为压根不清楚第四宇宙速度具体要多少,所以也被较少提及