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20馬赫有多快?以這樣的速度從地球出發,多久能飛出銀河系?

馬赫是一個物體的運動速度與音速的比值。

若馬赫數的取值以一個標準大氣壓下、15攝氏度時,聲音在空氣中的傳播速度340米每秒為基準。以此計算,20馬赫的速度就相當于6800米每秒。

當一個物體的運動速度大于音速,也就是馬赫數大于一時,那麼它就進入了超音速領域。

音速就是聲波在介質中的傳播速度,它是不固定的,取決于介質的密度、溫度、壓強等因素,有些情況下音速還與聲波本身的特性(比如振幅、頻率)有關。也就是說,馬赫數所對應的速度并不是固定的。

聲波是振動能量擴散的一種形式,依靠分子間的相互作用進行傳遞。通常聲音在密度大的介質中傳播的速度更快,比如聲音在液態水中的傳播速度可達1500米每秒,而在空氣稠密的低空中的傳播速度約為340米每秒。此外,不均勻介質中的音速處處不同。另外,聲音的傳播依靠介質,在真空中運動的物體是不適用馬赫數的。

那麼如此來看,低空中的20馬赫和高空中的20馬赫,完全是兩個概念。

在海拔1萬米的高空中,那里屬于平流層下部,空氣比較稀薄,音速僅為295米每秒。同為20馬赫的速度,1萬米高空中的馬克數與340米每秒的標準音速下的馬赫數相比,兩者之間相差了900米每秒的速度。

事實上,如果僅在低空平飛,飛行器的速度很難超過5馬赫。因為空氣阻力與飛行器的運動速度的平方成正比,速度越快,意味著飛行器所承受的阻力也就會越大,并且呈指數增長。

如果在萬米高空飛行,由于空氣稀薄阻力小,若采用性能超強的超燃沖壓發動機,那麼速度超過5馬赫還是很輕松的,最大甚至能超過20馬赫。如果還想更快,就只能使用火箭發動機了。

6.8千米每秒的速度在大氣層內來說確實很快,不過在太空中不值一提,連第一宇宙速度(環繞速度,7.9千米每秒)都沒有超過。這樣的速度根本就擺脫不了地球或太陽的引力,更何談飛出銀河系。

如果不考慮這一點以及其他因素,僅從速度角度來說,以6.8千米每秒的速度,一艘飛行器多久能出銀河系?

說實話,銀河系究竟有多大,科學家們至今都沒有弄清楚,總之它的直徑(算銀暈)大約在10~20萬光年之間。

太陽系距離銀河系中心大約2.6萬光年,若以5萬光年的半徑來計算,從地球出發,6.8千米每秒的速度要飛大約10億年才能飛出銀河系。

銀河系是一個旋渦星系,從窄面來看呈飛碟狀,位于中央的銀核比較厚,而銀盤則比較薄,我們就處于銀盤上。銀盤的平均厚度約2000光年,而太陽系附近的銀盤厚度約5000光年。

如果飛行器以6.8千米每秒的速度垂直于銀盤,從太陽系的位置上起飛,飛出銀河系的銀盤進入銀暈,也需要1.1億年。

太陽正帶著太陽系的八兄弟,繞著銀河系中心以200多公里的速度高速公轉。如果飛行器從太陽繞銀心的公轉軌道出發,想要脫離銀河系的引力束縛,速度必須要達到每秒數百公里,也就是第四宇宙速度。不過銀河系的質量究竟有多大,科學家們也沒有弄清楚,所以這個第四宇宙速度的數值也沒有定論。

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