天體力學與重力

逃逸速度

向上拋一只球,它會落回。拋得更用力,它在返回前會升得更高。有沒有一種速度大到它再也回不來?有——那個臨界值就是逃逸速度,即讓物體永遠脫離一個天體重力的最小發射速度,它一路減速卻始終不會完全停下。

逃逸速度只取決於你所離開天體的質量 M 與半徑 R,而與逃逸物體的質量無關——一顆石子和一枚火箭需要相同的速度。公式為 v_esc = sqrt(2 G M / R)。對地球約為 11.2 公里/秒(約 4 萬公里/時);對質量小得多的月球,只需約 2.4 公里/秒;對太陽表面,約 618 公里/秒。注意它恰是同半徑處圓軌道速度的 sqrt(2) ≈ 1.41 倍:多一點速度,就把「永遠繞著落下」變成「一去不返」。

這一個思想貫穿整個天體物理。它決定火箭得造多大、為何月球和水星這類低重力小天體留不住大氣(它們的氣體分子運動得比逃逸速度快而逐漸漏失),並預示了黑洞——把逃逸速度推到光速,連光也無法離開,這正是事件視界的牛頓式低語。

木星的逃逸速度約為 60 公里/秒,是地球的五倍多,這就是為什麼木星自誕生以來一直牢牢抓住厚厚的氫氦大氣,而低重力的小天體早已失去了它們的大氣。

逃逸速度決定了哪些世界能留住大氣,哪些把大氣漏向太空。

這裡的「速度」用得不嚴:逃逸速度是無後續推力、僅靠慣性滑行物體的能量閾值,所以持續推進的火箭能慢得多地離開。逃逸速度還忽略空氣阻力,並假定你是朝外飛、而非撞向地面。

又稱
escape speed第二宇宙速度脱离速度