互动科普

大家肯定都听过这样一个故事，有一天，科学家牛顿坐在苹果树下，突然一个苹果从树上掉下来，打在他的身上，这让他十分好奇：为什么苹果不往天上飞，而是往地上掉呢?

为了解开这个秘密，聪明的牛顿发现了万有引力定律，那么什么是万有引力呢？万有引力就是任何物体之间都存在相互吸引力，吸引力的大小和两个物体质量的乘积成正比，和它们之间的距离平方成反比。因为在我们这个世界上所有的物体的质量都不及地球，所以，在地球上的物体都被地球吸引，这也就解释了为什么树上的苹果离开树枝后不往天上飞， 而是往地上掉。

的确，地球上的所有物体都摆脱不了地球的吸引力，像抛出去的石头、打出去的炮弹、飞到天上的飞机，它们都不会一直留在空中，最终都会落到地面。但是，为什么天上的星星和月亮，就始终挂在天上？为什么它们不会掉到地面上来呢?

这是一个很有趣的问题，科学家们对这个问题进行了探究，提出了一个大胆的想法：我们能不能从地球上把物体抛射出去，使它们摆脱地球的引力，像星星和月亮那样挂在天上呢？为了实现这个设想，科学家做出了很大的努力，他们观察抛出去的石块，发现石块被抛出去的速度越快，在空中飞行路线的弯曲程度越小，石块的落点越远。于是他们想着，当物体被抛出去的速度达到一定数值之后，它是不是就不会再回到地面上，而是和月亮一样，围绕地球旋转了呢。

科学家们根据牛顿发现的万有引力定律进行计算，不考虑空气阻力的情况下，在地面上用每秒约7.9公里的速度水平抛出物体，它就会挣脱地球的引力，不回到地面上来，变成天空中一颗新的星星，这个7.9公里每秒的速度通常被称为第一宇宙速度。

除了第一宇宙速度，科学家们还计算出，如果物体想克服地球的引力，飞出地球的话，需要给物体更高的速度，要达到11.2公里每秒，这个速度又称为第二宇宙速度。而如果物体想飞出太阳系，给它的速度就必须达到16.6公里每秒，这就是第三宇宙速度。

那么，是不是说只要能够让物体的飞行速度达到第一宇宙速度，就可以造一个人工“月亮”了呢。理论上的确是这样，不过，要让物体达到7.9公里每秒的速度飞行可不是一件容易的事。在我们生活中，飞机算是飞得快的了，但是它的速度也只不过大约在0．3 公里每秒。有什么办法让物体的飞行速度更快呢？1903 年，俄国科学家齐奥尔科夫斯基发表了一篇论文“利用喷气装置探索宇宙空间”，在这篇论文中，他提出利用火箭让人类挣脱地球引力，飞往太空。

谈到火箭，作为中国人，你肯定不陌生，火箭在我国有着悠久的历史，宋代时就开始使用。不过，那时的火箭很简单，就是在箭杆上绑上一只火药筒，火药筒的底部开一个小孔，当引信点着火后，火药燃烧时喷出高速气体，火箭也就被推动快速朝前飞了。当然，用来摆脱地球引力，冲出地球到太空去的火箭，用火药做燃料当然不行啦，这时就需要用液体燃料。

但是，一枚这样的火箭还没有足够的力量让物体挣脱地球引力。因为要使物体挣脱地球的束缚需要消耗巨大的能量，比如要让1克物质脱离地球引力的束缚，所需要的能量就相当于点燃1500只40瓦电灯所需要的能量。罗廖夫这时就想到了“众人拾柴火焰高”的道理，是不是可以采用多枚火箭集成一束，使它们头尾相接，当第一级火箭的燃料烧完后自动掉下来时，第二级火箭立即起动继续前进，它的燃料烧完掉下来后，第三级火箭紧接着继续工作。最终，这个采用集体力量的方法实现了人类挣脱地球引力的梦想。

这一方法真正投入实施是在1957 年10 月，苏联科学家用三只火箭组成一个团体，分为一级、二级、三级火箭。在第三级火箭上放一只银白色的球，这只球的直径是58 厘米，用铝合金做成，周围均匀安装四根弹簧鞭状天线伸向后方。球内装有两台功率1000 毫瓦的无线电发射机、化学电池、测量球内温度和压力的感应元件、磁强计和辐射计数器等，整个球的重量是83.6公斤。先由第一级火箭工作，然后第二级、第三级火箭接着工作，携带着这只球飞行，随着火箭速度的加快，球的速度也越来越快，几分钟后，就接近8公里每秒，有能力摆脱地球引力了。当它脱离第三级火箭独立飞行时，就成了地球的一只新卫星，被称为“人造地球卫星”。

随着航天技术的发展，不仅仅是人造卫星可以脱离地球引力进入太空，人也能够挣脱地球引力，在太空绕着地球旋转啦。

挣脱地球引力、驻足太空有着非常重要的科学价值和应用价值。最近，在太空中安置的人造地球卫星已经为人类带来大量福祉。首先，卫星站得高，看得远，不受地理条件限制，通过它能够监视地球上天气和环境的变化；然后，它还能够为飞机、船只和其他移动目标提供导航和通信的作用；除此之外，在军事上发挥的侦察手段也更加高明，有“太空间谍”之称，目前不少国家都已经发射了专门用于军事侦察的卫星。

听了这么多关于挣脱地球引力的介绍，你是不是也想要摆脱地球引力来一次“环球飞行”呢？