它为什么不飞上月球或者绕月球转呢？ [复制链接]

第7版()
专栏：答读者

它为什么不飞上月球或者绕月球转呢？
编者按：有的读者提出一个问题：苏联发射的宇宙火箭为什么没有落到月球上，为什么也不绕着月球飞行，而会飞过月球，绕着太阳飞行呢？下面是北京天文馆冯和生为本报写的关于这一问题的答复。
假设有人以每秒七点九公里的速度向前扔出一块石头，那么这块石头就再也不落到地面上，它过了一段时间（约九十多分钟），仍以每秒七点九公里的速度，从这位扔石者的脑后向前飞过。就是说它成了人造地球卫星，永不停息地绕地球旋转。这是什么道理？
原来在地球本身有一种吸引力，它一刻不懈地抓住地面上的物体。向水平方向抛出的石头，引力使得石头向下落，在一定的时间内，下落的距离是一定的。引力使得物体下落，但不影响它的水平方向的速度；因为水平的方向没有受到地球吸引力的影响。
如果物体抛出去的速度比每秒七点九公里还要大一些，情况又怎样呢？物体所走的路线仍是一条闭合曲线
（椭圆），只不过在抛出点附近更平直了一些。这种椭圆形，随着发射的速度增加而变大，并且越来越扁。要是速度大到每秒十一点二公里，轨道就不再闭合而成为抛物线。就是说，抛出去的这一物体与我们永别了，不再绕地球转了。每秒十一点二公里这个速度，叫第二宇宙速度，或脱离速度。
宇宙间的一切天体，包括月亮和太阳，也同地球一样，都有吸引力。这种吸引力同这个天体的质量成正比，同物体与天体的距离的平方成反比。就是说，在同一个天体的引力场中，距离天体越远，所受的引力也越小。这样，相应地在离天体较远的地方，环绕这个天体的环绕速度和脱离这个天体的脱离速度，也都减少了。比方说，月亮绕地球的环绕速度是每秒一公里而在地球表面附近环绕速度是每秒七点九公里。
在地球和月球之间，物体同时受到二者的吸引。究竟谁的作用大，这要看物体与二者距离的情况。月球的半径只有地球半径的27％（地球半径等于六千三百七十公里）；月球同地球的距离为六十个地球半径；月球的质量为地球的质量的零点零一二三。根据这些，我们可以在月球和地球之间找到一个点，这个点叫“引力中和”点。它和月球中心的距离约为六个地球半径。在这点上，月球的引力和地球的引力相平衡。就是说，两者大小相等，方向相反。过了“引力中和”点，再靠近月球的区域，地球的引力就小于月球的引力。这个区域就叫做月球区域。
从地球向月球区域发射一个火箭，当未到达引力中和点以前，火箭受地球吸引而渐减速。在超过了中和点而进入月球区域后，这时物体速度的变化则主要决定于月球的引力。根据月球的半径和质量，可以计算出它表面附近的环绕速度是每秒一点六五公里，脱离速度是每秒二点三四公里。显然，如果火箭对月亮擦身而过的速度正好是每秒一点六五公里，那么，火箭就成了月球的卫星，并且是正圆轨道。要是速度稍微大一点、但小于每秒二点三四公里，则火箭仍绕月球转，不过轨道是椭圆的。如果擦身而过的速度等于或大于月球的脱离速度，月球就留不住这位不速之客了。根据材料看，苏联宇宙火箭在离月球表面最近时的距离为七千五百公里，在这一个距离点上，火箭对于月球的脱离速度应该是每秒一点零三公里，而火箭这时所具有的速度约为每秒二点五公里。这就是为什么宇宙火箭不冲向月球或成为月球卫星的原因。
那么宇宙火箭奔向哪里去了呢？
原来地球和月球都处在太阳强大的吸引力中，在这强大引力的作用下，地球绕太阳的环绕速度约每秒三十公里（太阳同地球的平均距离是一亿四千九百五十万公里）。而在太阳和地球之间的这段距离中，物体要想挣脱太阳的引力，就得要有脱离太阳系的脱离速度即每秒四十二公里才行。（如果物体在地球上发射，利用地球本身绕太阳的公转速度——每秒三十公里，保持一定的方向，那么脱离太阳系只需要相对于地球每秒十六点五的速度；这个速度叫第三宇宙速度）。如今苏联的宇宙火箭虽然越过了月球区域，向前奔去，但它所具有的速度也只有每秒三十公里多一些；因为地球绕太阳已经有每秒三十公里的速度，而它又走在地球的前面，速度比地球稍大一点儿，所以它就成为绕太阳旋转的第一颗人造行星。