วัตถุใดๆ ที่ถูกโยนทิ้งไปไม่ช้าก็เร็วก็จบลงที่พื้นผิวโลก ไม่ว่าจะเป็นหิน แผ่นกระดาษ หรือขนนกธรรมดาๆ ในเวลาเดียวกัน ดาวเทียมได้ปล่อยสู่อวกาศเมื่อครึ่งศตวรรษก่อน สถานีอวกาศหรือดวงจันทร์ยังคงโคจรอยู่ในวงโคจรของมัน ราวกับว่าพวกมันไม่ได้รับผลกระทบจากแรงโน้มถ่วงของโลกของเราเลย ทำไมสิ่งนี้ถึงเกิดขึ้น? ทำไมดวงจันทร์ไม่ขู่ว่าจะตกลงสู่พื้นโลกและโลกไม่เคลื่อนเข้าหาดวงอาทิตย์? ไม่ได้รับผลกระทบจากแรงโน้มถ่วงหรือไม่
จากหลักสูตรฟิสิกส์ของโรงเรียน เรารู้ว่าแรงโน้มถ่วงสากลส่งผลต่อวัตถุใดๆ ถ้าอย่างนั้นก็มีเหตุผลที่จะสมมติว่ามีแรงบางอย่างที่ทำให้ผลกระทบของแรงโน้มถ่วงเป็นกลาง แรงนี้เรียกว่าแรงเหวี่ยง สัมผัสการกระทำได้ง่ายโดยผูกสิ่งของเล็กๆ ไว้ที่ปลายด้ายด้านหนึ่งแล้วหมุนไปรอบๆ เส้นรอบวง ในกรณีนี้ ยิ่งความเร็วในการหมุนสูง ความตึงของเกลียวก็จะยิ่งมากขึ้น และยิ่งเราหมุนโหลดช้าเท่าไหร่ ก็ยิ่งมีโอกาสล้มมากขึ้นเท่านั้น
ดังนั้น เราจึงเข้าใกล้แนวคิดของ "ความเร็วจักรวาล" มาก โดยสรุป มันสามารถอธิบายได้ว่าเป็นความเร็วที่ช่วยให้วัตถุใดๆ เอาชนะแรงโน้มถ่วงของเทห์ฟากฟ้า ดาวเคราะห์ บริวารของระบบสุริยะหรือระบบอื่นสามารถทำหน้าที่เป็นเทห์ฟากฟ้าได้ ทุกวัตถุที่เคลื่อนที่ในวงโคจรมีความเร็วอวกาศ ขนาดและรูปร่างของวงโคจรของวัตถุอวกาศนั้นขึ้นอยู่กับขนาดและทิศทางของความเร็วที่วัตถุนี้ได้รับในขณะที่ดับเครื่องยนต์ และระดับความสูงที่เกิดเหตุการณ์นี้
ความเร็วอวกาศมีสี่ประเภท ที่เล็กที่สุดของพวกเขาคือคนแรก นี่คือความเร็วต่ำสุดที่ยานอวกาศต้องมีเพื่อที่จะเข้าสู่วงโคจรเป็นวงกลม ค่าของมันสามารถกำหนดได้โดยสูตรต่อไปนี้:
V1=√µ/r โดยที่
µ - ค่าคงตัวความโน้มถ่วงเชิงภูมิศาสตร์ (µ=39860310(9) m3/s2);
r คือระยะทางจากจุดปล่อยสู่ศูนย์กลางโลก
เนื่องจากรูปร่างของโลกของเราไม่ใช่ลูกบอลที่สมบูรณ์แบบ (ที่เสาค่อนข้างแบน) ระยะห่างจากจุดศูนย์กลางไปยังพื้นผิวจะมากที่สุดที่เส้นศูนย์สูตร - 6378.1 • 10(3) m และต่ำสุดที่เสา - 6356.8 • 10(3) m. หากเราเอาค่าเฉลี่ยมา - 6371 • 10(3) m เราก็จะได้ V1 เท่ากับ 7.91 km/s
ยิ่งความเร็วของจักรวาลมากเกินค่านี้ วงโคจรก็จะยิ่งยืดออกมากขึ้นเท่านั้น โดยจะเคลื่อนตัวออกห่างจากโลกทั้งหมดระยะทางที่มากขึ้น เมื่อถึงจุดหนึ่ง วงโคจรนี้จะแตก กลายเป็นรูปพาราโบลา และยานอวกาศจะไปท่องอวกาศ เพื่อที่จะออกจากโลก เรือต้องมีความเร็วของอวกาศที่สอง สามารถคำนวณได้โดยใช้สูตร V2=√2µ/r สำหรับโลกของเรา ค่านี้คือ 11.2 กม./วินาที
นักดาราศาสตร์กำหนดมานานแล้วว่าความเร็วของจักรวาลทั้งที่หนึ่งและที่สองนั้นมีค่าเท่ากันสำหรับดาวเคราะห์แต่ละดวงในระบบกำเนิดของเรา พวกมันคำนวณได้ง่ายโดยใช้สูตรข้างต้น หากเราแทนที่ค่าคงที่ µ ด้วยผลคูณ fM โดยที่ M คือมวลของเทห์ฟากฟ้าที่สนใจ และ f คือค่าคงที่โน้มถ่วง (f=6.673 x 10(-11) m3/(กก. x s2).
ความเร็วจักรวาลที่สามจะช่วยให้ยานอวกาศสามารถเอาชนะแรงโน้มถ่วงของดวงอาทิตย์และออกจากระบบสุริยะพื้นเมืองได้ หากคุณคำนวณเทียบกับดวงอาทิตย์ คุณจะได้ค่า 42.1 km / s และเพื่อที่จะเข้าสู่วงโคจรใกล้ดวงอาทิตย์จากโลก คุณจะต้องเร่งความเร็วเป็น 16.6 กม./วินาที
และสุดท้าย ความเร็วจักรวาลที่สี่ ด้วยความช่วยเหลือของมัน คุณสามารถเอาชนะแรงดึงดูดของกาแล็กซี่เองได้ ค่าของมันแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับพิกัดของดาราจักร สำหรับทางช้างเผือกของเรา ค่านี้จะอยู่ที่ประมาณ 550 กม./วินาที (เมื่อคำนวณโดยสัมพันธ์กับดวงอาทิตย์)