天体力学与引力

逃逸速度

向上抛一只球,它会落回。抛得更用力,它在返回前会升得更高。有没有一种速度大到它再也回不来?有——那个临界值就是逃逸速度,即让物体永远脱离一个天体引力的最小发射速度,它一路减速却始终不会完全停下。

逃逸速度只取决于你所离开天体的质量 M 与半径 R,而与逃逸物体的质量无关——一颗石子和一枚火箭需要相同的速度。公式为 v_esc = sqrt(2 G M / R)。对地球约为 11.2 公里/秒(约 4 万公里/时);对质量小得多的月球,只需约 2.4 公里/秒;对太阳表面,约 618 公里/秒。注意它恰是同半径处圆轨道速度的 sqrt(2) ≈ 1.41 倍:多一点速度,就把「永远绕着落下」变成「一去不返」。

这一个思想贯穿整个天体物理。它决定火箭得造多大、为何月球和水星这类低引力小天体留不住大气(它们的气体分子运动得比逃逸速度快而逐渐漏失),并预示了黑洞——把逃逸速度推到光速,连光也无法离开,这正是事件视界的牛顿式低语。

木星的逃逸速度约为 60 公里/秒,是地球的五倍多,这就是为什么木星自诞生以来一直牢牢抓住厚厚的氢氦大气,而低引力的小天体早已失去了它们的大气。

逃逸速度决定了哪些世界能留住大气,哪些把大气漏向太空。

这里的「速度」用得不严:逃逸速度是无后续推力、仅靠惯性滑行物体的能量阈值,所以持续推进的火箭能慢得多地离开。逃逸速度还忽略空气阻力,并假定你是朝外飞、而非撞向地面。

又称
escape speed第二宇宙速度脱离速度