Was sind die drei wichtigsten kosmischen Geschwindigkeiten? Warum wird die vierte kosmische Geschwindigkeit selten erwähnt?

Wir alle wissen, dass der Physiker Newton vor fast 400 Jahren die Schwerkraft entdeckte, inspiriert von einem Apfel. Viele Menschen wissen jedoch möglicherweise nicht, dass Newton auch eine Kanone verwendete, um uns zu erklären, wie man die Schwerkraft der Erde überwindet.

Natürlich existiert Newtons Kanone nicht wirklich, sondern ist imaginär. Die allgemeine Bedeutung ist: Platzieren Sie eine Kanone auf einem hohen Berg. Solange die Kanone stark genug ist und die Granate schnell genug abgefeuert wird, kann sich die Granate um die Erde drehen, ohne herunterzufallen. Dieses Gedankenexperiment wird „Newtons Kanone“ genannt. Newton schlug nicht nur die Idee von „Newtons Kanone“ vor, sondern leitete auch die Geschwindigkeit dieser nie fallenden Kanonenkugel ab, die 7,9 Kilometer pro Sekunde beträgt. Heute nennen wir es die „erste kosmische Geschwindigkeit“.

Zu Newtons Zeiten waren 7,9 Kilometer pro Sekunde eine unerreichbare Geschwindigkeit. Auch heute noch kann die Mündungsgeschwindigkeit der meisten Kampfpanzer zwei Kilometer pro Sekunde nicht überschreiten.

Aber das ist egal. Jetzt haben wir Raketen. Mithilfe von Trägerraketen mit Tausenden von Tonnen Schubkraft können wir Raumfahrzeuge in den Himmel schicken und sie in der Erdumlaufbahn betriebsbereit halten. Diese Raumfahrzeuge werden künstliche Satelliten genannt. Von den drei häufig genannten kosmischen Geschwindigkeiten wird die erste kosmische Geschwindigkeit derzeit von der Menschheit am häufigsten genutzt, da die meisten unserer Weltraumaktivitäten, einschließlich der Mondlandung, im Bereich der Erdanziehungskraft liegen. Der Mond ist der natürliche Satellit der Erde und befindet sich noch in der Gravitationsreichweite der Erde, so dass eine Landung auf dem Mond im weitesten Sinne nicht unbedingt ein Verlassen der Erde bedeutet.

Was also bedeutet es, die Erde wirklich zu verlassen? Dies erfordert die Nutzung der zweiten kosmischen Geschwindigkeit.

Die zweite kosmische Geschwindigkeit wird auch „Fluchtgeschwindigkeit der Erde“ genannt. Solange diese Anfangsgeschwindigkeit erreicht wird, kann sich das Raumschiff vollständig von der Anziehungskraft der Erde lösen, um andere Planeten im Sonnensystem zu erkunden. Diese Geschwindigkeit beträgt 11,2 Kilometer pro Sekunde. Die heutige bemannte Raumfahrt beschränkt sich nicht mehr darauf, einfach nur um die Erde herumzuwandern. Die Menschen haben begonnen, sich in weiter entfernte Räume vorzuwagen, und der Mars ist der Planet, der die Menschen am meisten interessiert. Wer ein Raumschiff zum Mars starten möchte, muss eine Anfangsgeschwindigkeit von 11,2 Kilometern pro Sekunde erreichen.

Reicht ein einfacher Spaziergang durch das Sonnensystem? Natürlich nicht, unser Ziel ist das Sternenmeer.

Gerade weil der Mensch über eine so weitsichtige Vernunft verfügt, startete er bereits in den 1970er Jahren die Raumsonden Voyager 1 und Voyager 2 mit Ziel ins äußere Sonnensystem. Ob Erde oder Mars, alle Himmelskörper im Sonnensystem sind an die Schwerkraft der Sonne gebunden. Die Sonne ist viel größer als die Erde. Es ist nicht einfach, der Schwerkraft der Sonne zu entkommen und das Sonnensystem zu verlassen. Es gilt, die dritte kosmische Geschwindigkeit zu erreichen, die 16,7 Kilometer pro Sekunde beträgt. Damit Voyager genügend Geschwindigkeit hatte, um das Sonnensystem zu verlassen, nutzte es auf seinem Weg auch den Gravitationsschleudereffekt des Jupiters, um es zu beschleunigen. Die erste, zweite und dritte sind die drei kosmischen Geschwindigkeiten, mit denen wir besser vertraut sind, aber zusätzlich zu den drei kosmischen Geschwindigkeiten gibt es tatsächlich eine vierte kosmische Geschwindigkeit. Was ist also die vierte kosmische Geschwindigkeit? Warum wird es so selten erwähnt? Weil wir es wirklich nicht erwähnen möchten.

Die sogenannte vierte kosmische Geschwindigkeit wird auch als „galaktische Fluchtgeschwindigkeit“ bezeichnet. Wie der Name schon sagt, ist es die Anfangsgeschwindigkeit, die ein Objekt haben muss, um der Anziehungskraft der Milchstraße zu entkommen. Der geschätzte Wert dieser Geschwindigkeit beträgt 120 Kilometer pro Sekunde.

Wow, diese Zahl ist offensichtlich nicht auf dem gleichen Niveau wie die ersten drei. Warum wird gesagt, dass es sich um eine Schätzung handelt? Zur Berechnung der Fluchtgeschwindigkeit ist die Kenntnis der Masse des Himmelskörpers und des Himmelssystems eine Voraussetzung. Wir können die Masse der Erde und die Masse der Sonne berechnen, aber wir sind machtlos, etwas über die gesamte Milchstraße zu sagen. Die Milchstraße ist zu groß und wir haben keine Ahnung, wie viele Sterne sie enthält. Vielleicht sind es 100 Milliarden, vielleicht sind es 400 Milliarden. Da wir nicht einmal wissen, wie groß die Milchstraße ist oder wie viele Sterne sie enthält, können wir ihre Fluchtgeschwindigkeit sicherlich nicht genau berechnen. Daher ist die vierte kosmische Geschwindigkeit nur eine Schätzung.

Wir kennen den genauen Wert der vierten kosmischen Geschwindigkeit nicht, was einer der Gründe ist, warum wir sie selten erwähnen. Ein weiterer Grund ist, dass uns die vierte kosmische Geschwindigkeit unsere eigene Bedeutungslosigkeit tief bewusst macht.

Die sogenannte kosmische Geschwindigkeit ist im Wesentlichen die Konfrontation zwischen der kinetischen Energie eines Objekts und seiner Gravitationspotentialenergie. Für den Menschen war es in diesem Stadium bereits eine große Anstrengung, die kinetische Energie eines Objekts die Gravitationspotentialenergie der Erde überwinden zu lassen. Es ist einfach unmöglich, der Milchstraße gegenüberzutreten. Und obwohl die vierte kosmische Geschwindigkeit die Fluchtgeschwindigkeit aus der Milchstraße ist, bedeutet selbst wenn die Menschen tatsächlich die vierte kosmische Geschwindigkeit erreichen, nicht, dass sie die Milchstraße verlassen können, denn der Radius der Milchstraße beträgt Hunderttausende von Lichtjahren. Ganz zu schweigen von 120 Kilometern pro Sekunde. Selbst wenn es 300.000 Kilometer pro Sekunde wären, würde es Hunderttausende von Jahren dauern, die Milchstraße zu verlassen, sodass die vierte kosmische Geschwindigkeit möglicherweise nie genutzt wird.

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