不深入了解万有引力理论就无法把卫星送上天

　　最近有人在网络上提出，万有引力与卫星上天“马牛羊不相及”，根本测不到一块。实在不知道这种人凭什么这么说，下面我们就来讨论一下这个问题。

　　没有万有引力的发现和对引力规律的认识，怎么可能会有卫星上天呢？而且没有爱因斯坦狭义相对论和广义相对论对经典力学的修正，也不可能有现代航天技术的发展。

　　万有引力定理就是说世界上万事万物，只要有质量就有相互作用的引力存在，只不过是物质很小的情况下，这种引力影响微弱，难以觉察出来。但在大质量天体之间，这个作用就很明显了。

　　引力作用大小与质量乘积成正比，与距离平方成反比，这就是万有引力定律的内涵。也就是说两个物体质量越大引力越大，距离越远引力作用越小，反之亦然。

　　计算物体之间引力大小的公式为：F=（Gm1m2）/r

　　m1、m2表示两个物体的质量，r表示它们间的距离，G表示万有引力常数（=6.67408×10N·m/kg）。

　　而爱因斯坦广义相对论揭示了引力的根源，就是质量对周围时空扰动导致的时空弯曲。

　　表现为大质量物体周边会有一个引力漩涡或者陷阱，小质量物体经过其附近，就会被这个漩涡（陷阱）所吞噬，表现出的现象就是被吸引。

　　而要逃出这个陷阱的方法就是速度，只有足够快的速度，才能够经过大引力源附近时不被吞噬。就连光也不例外。比如在黑洞视界里，光也无法逃脱，说明那里的引力逃逸速度大于光速；光经过太阳附近时，也会被太阳引力陷阱拉扯变的弯曲。

　　但太阳的逃逸速度为617.7公里每秒，光速为30万公里每秒，因此太阳只能弯曲光线而无法捕捉光线。

　　那么地球的引力漩涡导致的后果有多严重呢？

　　我们从日常生活中可以感觉到，任何一个物体都受到地球的引力吸引，一张桌子，一个人都被吸引在地面上。如果你想脱离这个引力作用是很难办到的，所以你想跳也跳不了多高，如果你已经在楼顶上往上跳，想跳到天上去，结果跳出楼顶就会被地心引力把你快速往下拽，最后吧嗒摔在地上成了一滩肉泥。

　　飞机花费了大量的燃料，采用空气动力学能够飞到万米高空，但仍然无法摆脱地心引力，只要发动机一停失速，就会摔下来，成为一场惨烈的空难。

　　那么要怎样摆脱地球引力让人造卫星或者宇宙飞船飞到太空呢？

　　人类通过研究两个质点在万有引力作用下的运动规律，就是逃脱时空漩涡的规律，找到了对付地球和太阳引力漩涡的三种速度，这就是第一宇宙速度（环绕速度），第二宇宙速度（脱离速度），第三宇宙速度（逃逸速度）。

　　所谓环绕速度就是正好与地球引力平衡，在一定的高度围绕着地球旋转，既摆脱不了地球引力，也不会被引力所拽下，这个速度为每秒7.9公里；脱离速度实际上就是地球的逃逸速度，就是可以摆脱地球引力能够飞往别的行星，这个速度为每秒11.2公里。

　　这里的第三宇宙速度所谓逃逸速度，实际上是相对于太阳引力而言，是在地球这个距离，逃脱太阳引力束缚的速度。我们知道太阳逃逸速度为617.7公里每秒，但这是在太阳表面的逃逸速度，而引力大小与距离平方成反比，因此在地球这个位置逃逸速度只需每秒16.7公里就够了，就能够脱离太阳引力，飞往太阳系以外。

　　人们根据这个理论，根据地球与卫星的质量和发射高度，就能够计算出需要的速度，这就是卫星发射与万有引力理论的关系。

　　如果没有对于引力的认识和计算，怎么发射航天器呢？胡乱发射？要么飞的不知所踪，要么啪嚓摔地上了。

　　但为什么又说没有爱因斯坦的相对论，也没有如今的航天技术发展呢？

　　这是因为爱因斯坦相对论修正了牛顿经典力学的一些误差。因为牛顿的经典力学适用对象是低速宏观物体，适用的是伽利略变换，这些现象即使有微小的差距也很难看出来。而爱因斯坦相对论适用于高速微观运动，适用的是洛伦兹变换。

　　航天是一种速度很快的事物，必须考虑相对论效应，才能够更精确和到达目标。

　　比如时间膨胀效应，根据狭义相对论，地球同步卫星上原子钟每天要比地球上的时间慢7微秒，而根据广义相对论卫星的原子钟要快45微秒，这样就要综合调整，否则在定位、导航等方面就会失之毫厘，谬之千里。

　　如果发射远距离航天器，没有考虑相对论效应就更没有办法导航和跟踪了，发射出去的航天器就会不知所踪。现在飞行最远的旅行者1号探测器已经到达星际空间，距离我们216亿多公里了，这种精准的计算没有相对论效应调校是不可能实现的。

　　这就是万有引力在航天中的运用，欢迎大家共同探讨。

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