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  • 想逃离地球引力,你需要逃多远?

    在距离地球表面6000光年的地方,有一颗名为“黑寡妇脉冲星”的快速旋转中子星。每隔 9 个小时,它就会向它互绕旋转的“伴星”褐矮星发射一次高能辐射流。站在地球上,可能你会认为你只是这个“暴力芭蕾舞”的观测者,但事实上这两颗星都在向你施加着引力,正在把你拉向它们,而你在努力挣脱。相距几十万亿公里的你们,被万有引力所联系起来。

    想逃离地球引力,你需要逃多远?

    万有引力是两个有质量的物体之间所产生的吸引力——任何两个有质量的物体之间都存在。这意味着宇宙中的每一个物体都会吸引其它物体,比如:恒星、黑洞、人类、智能手机,甚至原子......都在持续不断地互相吸引。那我们为什么觉察不到自己被拉向数十亿个不同的方向呢?

    有两个原因:质量和距离。

    想逃离地球引力,你需要逃多远?

    图解: 地球引力场中的引力探测器B

    最初描述两个物体之间引力的公式是由艾萨克·牛顿在 1687 年所写。从那时起,科学家们对引力的理解就开始不断地发展,但牛顿的万有引力定律,在多数情况下仍是相当好的近似计算方法。

    想逃离地球引力,你需要逃多远?

    图解:万有引力使行星按照自身的轨道围绕太阳运转

    就像这样:两个物体之间的万有引力等于一个物体的质量乘以另一个物体的质量,再乘以一个很小的数值叫做万有引力常数,再除以两个物体之间距离的平方。如果你把其中一个物体的质量加倍,它们之间的引力也会加倍;如果它们之间的距离变成两倍,那么它们之间的引力就只有原来的四分之一强度了。

    想逃离地球引力,你需要逃多远?

    你和地球之间的万有引力在把你拉扯向地球的中心,你所感知到的这种力量就是你的体重。假设这个力量有 800 牛顿,这是当你站在海平面上的情况。如果你漂浮在死海上,重力只会增加0.8牛顿力。如果你爬上了珠穆朗玛峰顶端,重力会减少微不足道的一点点。你爬得越高,重力影响会减弱一些,但它不可能消失。

    你无法逃脱重力,是因为引力是由时空扭曲所产生的。

    想逃离地球引力,你需要逃多远?

    时空,即是三维空间加上时间——它在拥有质量的物体周围弯曲。地球的引力能延续到国际空间站,虽然空间站距离地球 400 公里之外,但地球对其引力几乎是原本的强度。如果空间站被固定在一根巨大的柱子上,你还是会感受到与在地面上相比百分之九十的引力。而宇航员之所以感受到失重,是因为空间站被地球的引力持续拉扯,不断地向地球坠落。所幸它绕地球运行的速度足够快,所以不至于撞向地球。

    想逃离地球引力,你需要逃多远?

    当你到达大约40万公里外的月球表面时,引力就只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,它的强度大约是地球的1/6。如果离得再远一些,地球对你的引力将继续减少,但是永远不会减小到零。

    虽然我们被安全地栓在地球上,但还是会受到遥远天体和近地天体的微弱引力。太阳对你施加大约 0.5 牛顿的引力。如果你离你的智能手机只有几米远,你们之间微微牛顿的作用力,相当于你与仙女座星系之间的引力。仙女座星系距离我们250万光年,但质量是太阳的10000亿倍!

    想逃离地球引力,你需要逃多远?

    其实,想要逃避引力是有方法的。

    如果周围所有的质量都在拉我们,若我们挖洞进入地球深处,地心引力会如何变化呢?假设你在地下不被烤焦或压垮的话。

    如果你在地球的中心挖一个洞,假定地球是一个完美球形,虽然它不是——你会感受到来自各个方同等的引力。你会悬在空中,进入失重状态,其它天体对你产生的作用力则几乎可以忽略不计。所以只有在这样的思维实验当中——钻到地心,才能逃离地球万有引力。

    想逃离地球引力,你需要逃多远?

    参考资料

    1.Wikipedia百科全书

    2.天文学名词

    3. Yifan L- Carol Wang-流星魂

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