月球公轉速度遠低於第一宇宙速度,爲什麼不會從天上掉下來?

月球公轉速度遠低於第一宇宙速度,爲什麼不會從天上掉下來?
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這是回答一位網友的問題,他說:月球的公轉速度爲每秒1.02公里,遠低於第一宇宙速度的每秒7.9公里,按說它是不能繞地球公轉的,怎麼沒有掉下來?想不明白。

現在我們就來說說這個問題。

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所謂第一宇宙速度、第二宇宙速度、第三宇宙速度是以地球表面爲前提,通過引力方程,也就是牛頓的萬有引力定律計算出來的,這個定律表述爲:F=MmG/r^2,其含義是引力作用大小,是與物體質量成正比,與物體之間的距離平方成反比的。

也就是說,天體質量越大,引力就越大;但兩個天體之間距離越遠,引力就呈指數級衰減。這樣我們就好理解了,在地球表面的第一宇宙速度、第二宇宙速度、第三宇宙速度,隨着距離地球表面的遠離,是不斷變化和衰減的,距離越遠這些個速度要求就越小。

現在我們來說說第一宇宙速度,在地球表面爲每秒7.9公里,也就是說在地球上起飛的物體,需要達到每秒7.9公里才能與地球引力對抗。但這個速度是擺脫不了地球引力的,只能是與地球引力取得一個平衡,既不被地球引力扯下來,也逃不掉地球引力的牽制,只能圍着地球轉。

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因此,第一宇宙速度又叫環繞速度,其遵循的公式是根據牛頓萬有引力定律變化而來,表述爲v²=GM/r。這裡的v表示環繞所需的速度,也就是所謂第一宇宙速度;G爲引力常數,M爲需要擺脫的天體質量,也就是地球質量;r爲要擺脫地球質量的物體與地球引力中心,也就是地心的距離。

地球半徑約爲6371公里,可視爲地心到地表的距離,根據這個公式,我們可以計算出在地球地表的第一宇宙速度。計算列式爲:v^2=(6.67*10^-11)*(5.965*10^24)/6371000≈62449458,v≈7902米/秒。

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這就是所謂第一宇宙速度的來源,如果有個物體飛行在距離地球表面2萬公里的上空,所謂第一宇宙速度就只需要約3844米/秒了。而月球平均距離地球爲38.4萬公里,地球對其引力就弱了很多,根據環繞公式計算,其公轉速度只要達到1018米/秒,就達到了環繞速度,這就是月球公轉速度只達到約1.2公里,卻不會被地球引力吸下來的原因。

事實上,月球正在以每年3.8釐米的速度遠離地球,其中的原因衆說紛紜。有一種說法認爲,這種現象主要由地月之間週期性潮汐作用產生,即月球的引力導致地球海水的潮起潮落,損耗了地球自轉的能量,地球自轉速度不斷下降,從而導致月球逐漸遠離。

但另一種說法認爲,引力只與質量和距離有關,與自轉快慢沒有毛關係,導致月球逐漸遠離的原因很複雜,並非某些人說的由於地球自轉變慢問題。這是另外一個話題,說來話長,今天就不展開說了。

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