什么是逃逸速度？黑洞逃逸速度会不会比光速还快_速度_逃逸_黑洞

本文目录

• 什么是逃逸速度
• 黑洞逃逸速度会不会比光速还快
• 为什么太阳逃逸速度为617km/s而第三宇宙速度是16.7
• 大气层内飞机飞行速度超过地球的逃逸速度11.2km/s会出现什么情况

什么是逃逸速度

星球表面上的物体以某一初速度发射（垂直于星球表面，且忽略空气阻力），之后无需再给物体提供动力，这个物体就能摆脱该星球的引力束缚，逃逸到无穷远的地方，这个“某一初速度”就是星球的表面逃逸速度。如果物体的初速度低于这个数值，并且本身没有动力，它最终会被星球的引力拽回表面。

能够飞出太阳系的新地平线号探测器发射升空

假设物体逃逸到无穷远时的速度和引力势能为零，那么，物体最初的动能（1/2mv^2）就是为了克服它在星球表面上的引力势能（GMm/r），这样就有如下的关系式：

其中m为物体的质量，v为逃逸速度，G为万有引力常数，M为星球的质量，r为星球的半径。可以看到，星球的逃逸速度取决于星球的质量和半径之比，这个比值越大，逃逸速度也越大。

在地球上，地球的表面逃逸速度通常被称为第二宇宙速度，其大小约为11.2千米/秒。相比之下，月球的表面逃逸速度只有1千米/秒，而太阳的为618千米/秒。最为特殊的是黑洞，它们的表面逃逸速度就是光速，这意味着即便是宇宙中速度最快的光都无法从黑洞中逃逸出来。

黑洞逃逸速度会不会比光速还快

黑洞是广义相对论预言的一种天体，它的引力非常强大，使得视界内逃逸速度超过光速。不但掉入黑洞的物体逃不出，连物体上的光也逃不出，所谓视界就是光都不能跑出来的区域边界，我们是看不到黑洞内部的。因此从定义上可知黑洞就是逃逸速度大于光速的天体。所以答案就是黑洞的逃逸速度确实比光速还快。

但是宇宙中信息和能量传递的最高速度是光速，超光速是不存在的。因而什么也逃不出黑洞。从这个角度讲，黑洞是不存在逃逸速度的，存在的只是一个数值。我知道这样讲肯定会让有些人不高兴，他们认为光速是可以超越的，所以可以从黑洞逃出来。那我就讲点新奇的理论。

上面讲的黑洞是“史瓦西黑洞”，这是一种常规的静态的黑洞，物质进入这种黑洞是肉包子打狗有去无回，其逃逸速度的确超光速。但有种叫“克尔黑洞”的黑洞是宇宙中少数可以逃出去的黑洞，这是爱因斯坦场方程预言下的一类带有角动量的黑洞，1963年新西兰人罗伊.克尔得到了不带电旋转恒星的爱因斯坦引力场方程的精确解，这个解只依赖于质量和角动量两个参量，这种黑洞是个有角动量、无电荷的轴对称黑洞，
克尔黑洞分内外两个视界，其中内视界为黑洞奇异性的界限，外视界是物体能否和外面通信的分界面，即不可逃脱的界限，这意味着落入外视界必定会被吸入奇点，但在到达内视界前是安然无恙的，一旦落于内视界一定会屈服于奇点奇异性质，还过这类黑洞中心不是奇点，而是奇环，中间是个洞。只要不碰到奇环，从奇环中间的洞不知能否逃离。

在克尔黑洞的最外层由于克尔黑洞旋转会产生对周围时空的拖曳效应，因而存在着一个判断物体是否可以静止于时空的静止界面，这个“静界”又叫无限红移面（由于引力红移，波长被无限拉长，所以在外面观察者看来，进入静界的物体变为红色且永远静止于静界上，而实际上物体早进入静界内）。
克尔黑洞转动时会带动周围时空一起旋转，可以理解为时空的“旋转速度”是光速，在静界外面你可以利用推进器等装置相对于无穷远处的观察者保持静止，但一旦进入静界内部，你必然会和时空黑洞一起旋转，相对于外面观察者来说再也不能静止。但由于都是以“光速”旋转，所以你相对于黑洞来说是静止的，黑洞的质量虽然大，但是和其旋转速相比呈完美抵消的静止状态。引力还不足以摧毁压碎你，所以说静界并非是黑洞的真正界限，进入静界后仍然可以逃离，静界和真正的视界之间是能层，你可以从中提取能量供你逃离，研究人员推理说克尔黑洞能层可能和白洞连接，我们着重说的奥秘就在于此。克尔黑洞的能量组成有两部分，一个质量产生的引力能，一个就是转动能，
目前能利用的就是转动能，有人说可以派飞船进入静界后，向黑洞旋转的反方向扔一个重物，这个过程会使黑洞角动量降低，减少的部分转移到飞船上，转动能量也同时转移到了飞船上，这就从黑洞提取了能量。黑洞旋转带来的拖曳会把时空撕裂，产生超越时空的爱因斯坦――罗森桥（虫洞），从而轻松逃离黑洞。

还有一种特殊的黑洞――“裸奇点”，是由于旋转以及恒星的不均匀坍缩形成的，这种黑洞没有视界，只是一个裸露的奇点，由于旋转所以有一个小小的内视界，这个黑洞内视界上的逃逸速度大于光速，视界内的逃逸速度更大。光进入黑洞视界内接近奇点会很快被加速到光速以上，大于光速就会进入另一个时空，胜利大逃亡了，这是从内部奇点的逃逸，的确是超光速的。
不过这都是理论猜测，并没证实，敬请期待。

为什么太阳逃逸速度为617km/s而第三宇宙速度是16.7

为什么太阳逃逸速度为617km/s而第三宇宙速度是16.7？

16.7km/s与617.7km/s都是太阳逃逸速度，但逃逸的地方不一样。

16.7km/s的逃逸速度是在距离太阳1.5亿km的地球上，太阳引力已经衰减的很厉害了；而617.7kg/s是指太阳表面的逃逸速度，就挨着太阳，距离太阳质心也就是约69.6万km，这怎么能比呢？

所谓逃逸速度是根据天体引力计算的，引力越大逃逸速度就需要越大，引力越小逃逸速度就相对小一些。而引力是与天体质量成正比，与距离平方成反比的。万有引力定律表达式为：F=GMm/r²。其中F为引力值，G为引力常量（6.67x10^-11N·m²/kg²），M和m为引力作用大小物体，r为引力作用物体质点的距离。

这就看出了，引力的大小是与距离平方衰减的，因此太阳逃逸速度在距离太阳质心不同的距离当然就完全不同了。

太阳表面逃逸速度的计算：

逃逸速度是与引力密切相关的，是根据动能公式和万有引力定律变通计算得出来的。

引力势能表达式为：E（r）=∫（GMm/r^2）dr=-GMm/r（以无穷远为零势能）；能量守恒表达式：mv^2/2=0-E（r）；r取天体半径时，可以得到逃逸速度公式：v=√（2GM/R）。式中，v为逃逸速度，单位m，G为引力常数，取值为6.67x10^-11N·m^2/kg^2，M为天体质量，单位kg；R为天体半径，单位m。

根据这个公式，我们可以计算出太阳表面逃逸速度。太阳质量为1.9891x10^30kg，半径约695500000m，代入公式得：v=√≈617672m（617.7km）

地球位置逃离太阳引力速度计算：

在距离太阳150000000km距离的地球，如果要逃出太阳引力，速度需要达到42.4km/s。现在地球公转速度约30km/s，42.4-30=12.4。也就是说，地球要逃离太阳引力，公转速度还需要增加12.4km/s，就远走高飞了。

电影《流浪地球》就是通过核聚变发动机，推动地球达到太阳逃逸速度，开始离开太阳前往投靠比邻星的。

但在地球上的物体逃离太阳系 ，必须具备两个动能：逃逸出地球引力的动能以及逃逸出太阳系的动能。 我们必须首先计算出地球的脱离速度，也就是地球的逃逸速度。地球质量为5.965x10^24kg，地球半径为6371000m，代入逃逸公式计算（略）得到脱离地球引力速度为11.2km/s。

这样我们加上地球逃逸太阳引力还需要增加的速度12.4km/s， 就能够计算出在地球上发射航天器逃离太阳引力的速度了。

计算公式为：v=√（v’^2+v“^2）。这里的v为地球上发射航天器逃离太阳引力的速度，v’为地球逃逸速度-公转速度42.2-29.8=12.4km，v”为第二宇宙速度（地球脱离速度）11.2km/s。计算：

v=√（12.4^2+11.2^2)=16.7km/s，这就是在地球上发射航天器逃离地球引力，同时也逃离太阳引力的速度，又叫第三宇宙速度。也就是说，在地球上发射的航天器，要借助地球公转速度每秒约30km的动能，还需要每秒16.7km/s的速度，才能够逃出太阳的引力束缚。

地球上三个宇宙速度。

第一宇宙速度为7.9km/s，达到这个速度，就可以成为地球卫星，绕地球飞行，不掉下来，也逃不走，叫环绕速度；第二宇宙速度为11.2/s，达到这个速度，就可以逃离地球引力束缚，到其他行星上去做客，这叫脱离速度；第三宇宙速度为16.7km/s，达到这个速度，就可以脱离太阳引力，飞往太阳系外的遥远空间，叫逃逸速度。

实际上，脱离速度是每个天体的逃逸速度。比如太阳的脱离速度就是617.7，就是太阳的逃逸速度。

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大气层内飞机飞行速度超过地球的逃逸速度11.2km/s会出现什么情况

大气层内飞机飞行速度超过地球的逃逸速度11.2km/s会出现什么情况？

根据顺序三种结局。

一种是迅速解体。

飞机是依靠空气动力学设计的，依靠一个速度和空气的抬升力而飞行，因此只能够在有空气的地方飞行。但空气是有阻力的，因此飞得越快阻力就越大，克服阻力需要的能量就越大，燃料消耗也就越大。

而飞行速度越快阻力越大，对飞机的构造牢固程度要求也就越高，所以飞机是无法飞得很快的，所有飞机都也不是根据这么快来设计的。所以即便能够飞得很快，结构就会承受不住而解体。

现在我们来了解一下几种飞机的飞行速度。

一般客机速度在0.8马赫左右，战斗机在1~2马赫左右。马赫数是速度与音速的比值，音速是指声波在空气中的传播速度，声波传播是温度越高越快，在1个大气压下15摄氏度传播速度为340.3m/s，1225.08m/h，这就是1马赫，音速的1倍。

民航客机最快速度在900~1050km/h，但巡航速度很少飞这么快，为了舒适和安全、经济，一般速度控制在700~800km/h。民航开发过超音速飞机，如协和号，速度达到2马赫，2600km/h，但由于安全性和经济型原因，早就退役了。

战斗机一般情况也就飞1000km/h左右，如苏27、苏30、歼10、歼11、F16、欧洲双凤等主流战斗机，速度都差不多。这些飞机在高空最大速度达到2马赫多点，约2500km/h，平飞速度约1.1马赫，巡航速度一般在0.8~0.9马赫。

但也有过几款世界上最快的飞机，都是美国在上世纪开发带有实验性质的飞机，一种叫YF-12，最高速度可达3.35马赫；第二种叫SR-71，又被称为“黑鸟”，飞行高度达到30000米，最大的速度达到3.5倍音速；最厉害的一种叫X-15，采用的是火箭发动机，最高飞到10.8万米，飞行速度达到6.72马赫。即便这种顶级飞机，速度也不到2.3km/s，距离第一宇宙速度都远着呢，而且这个速度迄今无有超越（见文头图）。

我们平时偶尔会突然听到巨大的爆裂声，许多人认为是炸石的爆破声，或晴天霹雳，其实不是，而是超音速飞机达到1马赫的临界点时出现的音爆声。

所谓音爆是物体运行速度接近音速时，会有一个音障，突破这个音障，空气受到极度压缩，而物体本身对这种压缩无法迅速化解，就会在迎风面积累形成激波面，这是高度集中的声学能量，这些能量传到人类耳朵里，就会听到强烈的爆炸声，这就是音爆。

低空音爆会震碎玻璃窗户，因此能量是很大的，飞机如果不坚固，会在这个时候解体。就更别说每秒11千米的速度了，这相当于33马赫，任何飞机早就散架了。

而且那些最快的飞机一般都是到达很高的高空，在空气极其稀薄时才能够达到高速，否则空气的摩擦力就会烧毁飞机。

这就是我要说的第二种结局：焚毁。

在地表100km以内的高空，大气浓密，速度过快物体就会与大气分子摩擦发出高温。宇宙飞船从太空返回时，需要减速，然后依靠地球引力拉拽下来，越来越快，每秒达到数千米。但不管怎样这个速度也小于第一宇宙速度，即在每秒7.9km以下，即便这样，大气与飞船底部的摩擦会产生1600多度的高温，把飞船包裹在火中。

这几分钟是宇宙飞船返回时最危险的时刻，叫“黑障”时期，地面和飞船将失去联系。飞船在空气的摩擦下，渐渐减速，越来越慢，终于火熄联系恢复。到达10000m高空时，速度只有200m/s了，这时飞船抛弃隔热大底，返回舱的回收着陆系统开始工作，先后拉出引导伞、减速伞和主伞，使返回舱的速度缓缓下降，在距地面1米左右时，启动反推发动机，使返回舱实现软着陆。

我们想想，如果一架飞机突然以每秒11.2km速度冲出大气层，岂有不烧毁的道理？那么有人问，火箭升空怎么没有烧毁呢？这是因为火箭发射是一个渐渐加速过程，在大气层速度并不快。只有一级的火箭一般终极速度都达不到第一宇宙速度，所以现在发射航天器一般都采用多级火箭。一级火箭燃料耗尽时，火箭已经到达70公里以上的高空，空气已经非常稀薄了，这时的速度一般只能够达到4.5km/s，随后二级火箭点火，速度越来越快，受空气阻力摩擦影响就越来越小了。

所以飞机不可能在大气层浓密时达到每秒11.2km的速度，即便假设达到，也只有被焚毁的下场。

三是假定有一艘怪异飞机达到11.2km/s的速度，会怎样呢？

这个飞机就必须有火箭发动机，有坚硬的外壳，这个外壳要比美国退役的航天飞机还要牢固和抗压抗高温。

因为航天飞机只是在近地轨道约400km高空，来往于国际空间站，只要达到第一宇宙速度就可以了，这叫地球环绕速度；而11.2km/s的速度是第二宇宙速度，是脱离地球引力的速度。

到达这个速度，就不会被地球引力羁绊了，而是飞出地球引力圈，飞过月球，飞向火星。这架飞机就不是飞机了，而是宇宙飞船了。宇宙飞船当然可以飞往火星，SpaceX公司就在研究飞往火星的飞船，其研究的龙飞船已经载人到国际空间站成功了。SpaceX公司的创始人兼CEO雄心满满，说要在未来不远的时间里，送100人到火星呢。

这或许还是一个梦想，但马克斯所有的豪言壮语都在一个个实现。不过所谓飞机超过11.2km/s会怎么样的说法就完全是毫无科学常识的扯淡了。

就是这样，欢迎讨论，感谢阅读。

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