如何突破引力的束縛

牧來(lái)

無(wú)處不在的引力

引力是一種自然界普遍存在的力，它讓所有的物體都相互吸引，如同一個(gè)個(gè)漩渦，物體質(zhì)量越大，這個(gè)漩渦越深，越容易把周?chē)奈镔|(zhì)卷入;物體間距越遠(yuǎn)，引力越小，反之越大。正是由于引力的作用，氧氣、氮?dú)?、二氧化碳等氣體才能在地球周?chē)奂珊窈竦拇髿鈱?，為地球生命供氧、保暖，我們也能牢牢地站在地表上，不?huì)飄到充滿(mǎn)危險(xiǎn)的宇宙中。

不光是在地球，引力在宇宙的每個(gè)角落都發(fā)揮著作用：月球受到地球的引力，終日圍繞地球旋轉(zhuǎn);地球和其他太陽(yáng)系行星、小行星受到太陽(yáng)吸引，繞著太陽(yáng)公轉(zhuǎn)，享用著太陽(yáng)釋放的能量。

即使是一顆小小的蘋(píng)果，對(duì)地球也有引力，只是相對(duì)于龐大的地球而言，這個(gè)引力微乎其微。

月球是地球的衛(wèi)星，它的質(zhì)量可不像蘋(píng)果那樣能夠被忽略，它對(duì)地球有著不小的引力。海浪具有漲潮、退潮的“潮汐現(xiàn)象”，原因之一就是月球的引力。

看來(lái)，引力既能為生靈提供庇護(hù)，又使宇宙變得井然有序，對(duì)人們的生存十分有利。但另一方面，引力也使我們無(wú)法離開(kāi)地球、探索宇宙。隨著科技的進(jìn)步，人類(lèi)發(fā)明了火箭和宇宙飛船，飛向了外太空。它們是如何掙脫地球引力束縛的？

地球受到的月球、太陽(yáng)引力較強(qiáng)時(shí)，海水表現(xiàn)為漲潮（上圖）;受到的引力較弱時(shí)，表現(xiàn)為退潮（下圖）。

突破引力

假設(shè)你在扔一顆球，扔球的力量越大，球的速度越快，飛得也就越遠(yuǎn)。想象一下，如果你獲得了超人般強(qiáng)大的力量，這時(shí)你鉚（mǎo）足了勁，把球丟出去，會(huì)發(fā)生什么呢？如果力量足夠大，球會(huì)飛得很遠(yuǎn)，甚至不再回到地球上。

雖然現(xiàn)實(shí)中，人類(lèi)不可能擁有這么強(qiáng)大的臂力，但人們可以讓火箭不斷加速，對(duì)抗地心引力。經(jīng)過(guò)計(jì)算，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)航天器的發(fā)射速度為7.9千米/秒時(shí)，就可環(huán)繞地球飛行;超過(guò)11.2千米/秒時(shí)，就能突破地球引力的束縛，開(kāi)始繞太陽(yáng)飛行;超過(guò)16.7千米/秒時(shí)，就可以告別太陽(yáng)系，飛入廣袤的宇宙空間。這些速度也分別被稱(chēng)為第一、第二、第三宇宙速度。

如今，達(dá)到第一、第二宇宙速度已經(jīng)不是什么新鮮事了，中國(guó)、美國(guó)、俄羅斯等國(guó)都發(fā)射過(guò)許多火箭，讓太空探測(cè)器抵達(dá)了火星、月球，更有上千顆人造衛(wèi)星在地球高空環(huán)行。

然而，航天器卻難以攜帶那么多的燃料來(lái)加速至第三宇宙速度，即便我們能沖出地球，也仍舊無(wú)法走出太陽(yáng)系的范圍。

引力“順風(fēng)車(chē)”

航天科學(xué)家們想到了讓航天器在宇宙中“借力”的方法，因?yàn)樘祗w都有引力，只要讓航天器適當(dāng)?shù)乜拷钪嬷械囊恍┐筇祗w，就能借助它們的引力改變航天器的速度和飛行方向，這被稱(chēng)為“引力彈弓效應(yīng)”。為了利用引力彈弓，航天器既要分秒不差地趕上“順風(fēng)車(chē)”，又不能太靠近，以免完全被天體的引力捉住，因此，科學(xué)家們必須精確計(jì)算航天器、天體的運(yùn)動(dòng)軌跡等數(shù)據(jù)。

引力決定恒星的命運(yùn)

不光是人類(lèi)在與引力較量，包括太陽(yáng)在內(nèi)的無(wú)數(shù)恒星都要與自己的引力抗衡。

恒星的質(zhì)量很大，因此引力也很大，甚至有將恒星本身壓垮的趨勢(shì)，只是在恒星內(nèi)部，每時(shí)每刻都有核聚變反應(yīng)發(fā)生，這為恒星提供了張力，使它不會(huì)被自己的引力壓垮。然而，當(dāng)核燃料被耗盡后，恒星就再也無(wú)法抵抗引力的擠壓，進(jìn)而轟然坍（tān）縮，所有的物質(zhì)都向中心聚攏。如果這顆恒星的質(zhì)量與太陽(yáng)相差不大，它就會(huì)被壓成白矮星、中子星;如果它的質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于太陽(yáng)，它就會(huì)坍縮成黑洞。

電影《流浪地球》中，人們想利用木星為地球加速，卻差點(diǎn)被木星的引力捕獲、撕碎。

1977年發(fā)射的旅行者1號(hào)探測(cè)器途徑木星和土星時(shí)利用引力彈弓，加速到了宇宙第三速度。目前，它已沖出太陽(yáng)系，與地球相距超過(guò)216億千米。

致命漩渦：黑洞

黑洞是宇宙中最可怕的天體，它的密度無(wú)限大，體積無(wú)限小，因而產(chǎn)生了極其強(qiáng)大的引力，像一個(gè)直通海底的猛烈漩渦，會(huì)吞噬、擠碎靠近的一切物質(zhì)。一座重達(dá)10億噸的大山落入黑洞，都會(huì)被壓成一個(gè)原子核的大小。

只要速度足夠快，我們就能掙脫地球、太陽(yáng)系的引力，那如果一艘宇宙飛船不慎碰上了黑洞，它需要多快的速度才能逃離黑洞的引力呢？超過(guò)光速！要知道，光速是宇宙中最快的速度，不存在比光跑得更快的物質(zhì)，但連光也會(huì)被黑洞吸入，因此，飛船是不可能逃離黑洞的。不過(guò)，如果飛船中的宇航員在離得比較遠(yuǎn)時(shí)就發(fā)現(xiàn)了黑洞，只要趕緊改變航向，就能避免被黑洞吸走。

太陽(yáng)也終有燃盡的一天，雖然它的質(zhì)量比較小，不會(huì)坍縮成黑洞，但當(dāng)太陽(yáng)停止核聚變時(shí)，太陽(yáng)系就不再適合地球生命生存了。到了那時(shí)，我們或許就要像《流浪地球》中演繹的那樣，建造行星發(fā)動(dòng)機(jī)，努力突破太陽(yáng)系引力的束縛，為尋找新的家園而展開(kāi)一場(chǎng)漫長(zhǎng)的旅行。