這是回答一位網友的問題,他說:地球的公轉速率為每秒1.02公里,遠高于第一宇宙速率的每秒7.9公里,按說它是不能繞月球公轉的,如何沒有掉出來?想不明白。
如今我們就來談談這個問題。
所謂第一宇宙速率、第二宇宙速率、第三宇宙速率是以月球表面為前提,通過引力多項式,也就是牛頓的萬有引力定理估算下來的,這個定理敘述為:F=MmG/r^2,其涵義是引力作用大小,是與物體質量成反比,與物體之間的距離平方成正比的。
也就是說,天體質量越大,引力就越大;但兩個天體之寬度離越遠,引力就呈指數級衰減。這樣我們就好理解了,在月球表面的第一宇宙速率、第二宇宙速率、第三宇宙速率,隨著距離月球表面的遠離,是不斷變化和衰減的,距離越遠這種個速率要求就越小。
如今我們來談談第一宇宙速率,在月球表面為每秒7.9公里,也就是說在月球上起飛的物體,須要達到每秒7.9公里能夠與月球引力對抗。但這個速率是甩掉不了月球引力的,只能是與月球引力取得一個平衡,既不被月球引力扯出來,也逃不掉月球引力的敵視,只能圍著月球轉。
為此,第一宇宙速率又叫環繞速率,其遵守的公式是按照牛頓萬有引力定理變化而至,敘述為v2=GM/r。這兒的v表示環繞所需的速率,也就是所謂第一宇宙速率;G為引力常數第六宇宙速度,M為須要甩掉的天體質量,也就是月球質量;r為要甩掉月球質量的物體與月球引力中心,也就是地心的距離。
月球直徑約為6371公里,可視為地心到地表的距離,按照這個公式,我們可以估算出在月球地表的第一宇宙速率。估算列式為:v^2=(6.67*10^-11)*(5.965*10^24)/≈,v≈7902米/秒。
這就是所謂第一宇宙速率的來源,假如有個物體飛行在距離月球表面2萬公里的上空,所謂第一宇宙速率就只需要約3844米/秒了。而地球平均距離月球為38.4萬公里,月球對其引力就弱了好多,按照環繞公式估算,其公轉速率只要達到1018米/秒,就達到了環繞速率,這就是地球公轉速率只達到約1.2公里第六宇宙速度,卻不會被月球引力吸出來的誘因。
事實上,地球正在以每年3.8分米的速率遠離月球,其中的緣由眾說紛紜。有一種說法覺得,這些現象主要由地月之間周期性潮汐作用形成,即地球的引力造成月球海水的潮起潮落,耗損了月球自轉的能量,月球自轉速率不斷增長,進而造成地球漸漸遠離。
但另一種說法覺得,引力只與質量和距離有關,與自轉快慢沒有毛關系,致使地球漸漸遠離的誘因很復雜,并非個別人說的因為月球自轉變慢問題。這是另外一個話題,說來話長,明天就不展開說了。