Почему космические корабли не остаются позади в глубоком космосе?

На земле я знаю, что если я подброшу теннисный мяч прямо вверх, находясь в машине, он сразу же упадет обратно благодаря первому закону Ньютона. Мяч, воздух в машине и я сам — все движется со скоростью, и когда я подбрасываю мяч вверх, я фактически подбрасываю его вперед относительно того, кто стоит на улице.

Чего я не понимаю, так это того, что как только я покидаю земную атмосферу и достигаю вакуума глубокого космоса, где земное притяжение больше не удерживает меня на орбите (верно?), почему я не веду себя как теннисный мячик, который был брошенный слишком высоко в кабриолете? Неужели все так просто, что я продолжаю движение внутри Солнечной системы по ее орбите вокруг центра галактики просто потому, что я уже двигаюсь с той же скоростью? Барицентр Солнечной системы тащит меня по галактике?

К сожалению, я не знаю, какой эффект я должен использовать в Google, чтобы понять, как, если я выключу ракеты и иду по инерции, я буду двигаться со скоростью, достаточной для того, чтобы не отставать от Солнечной системы. Пожалуйста, помогите мне.

Распространенное заблуждение о космосе состоит в том, что гравитация «выключается», как только вы покидаете атмосферу. Земная гравитация на самом деле простирается бесконечно далеко и медленно убывает. Если вы запустите ракету достаточно сильно прямо вверх, она выйдет из атмосферы в космос, а затем вернется через атмосферу на землю. Орбита достигается за счет очень быстрого движения по горизонтали, так что вы постоянно «пропускаете» землю, когда падаете к ней. Отвечая на ваш заглавный вопрос, космические корабли все время остаются позади. Этот XKCD дает хорошее объяснение всему этому: what-if.xkcd.com/58
Я понимаю, что гравитация и технически все силы бесконечны, но чего я не понимаю, так это того, что когда я покидаю орбиту Земли и двигаюсь по своей центробежной траектории, не привязанной к орбите какого-либо планетарного тела, «внизу» относительно плоскости орбиты планет, оставит ли Солнечная система меня позади? Или я продолжал бы не отставать от Солнечной системы из-за комбинации инерции и гравитационного притяжения Солнца?
Ах я вижу. Как только вы достигнете космической скорости Земли (или любой другой планеты), вы выйдете на орбиту прямо вокруг Солнца. Затем вам придется запускать свою ракету намного больше, чтобы стать достаточно быстрой, чтобы покинуть солнечную систему.
Чтобы понять количество энергии, необходимое для достижения скорости убегания от Солнечной системы, учтите, что единственные объекты, которые мы создали, получили МАССИВНЫЕ дельта-V ботинки от помощи гравитации.
Есть зондирующие ракеты, которые летят в космос, даже выше, чем космическая станция. Но они поднимаются, а затем возвращаются обратно, потому что они движутся недостаточно быстро по горизонтали, чтобы оставаться на орбите. (Или сбежать.) Спутник пролетает буквально тысячи миль в час, чтобы оставаться на орбите.

Ответы (1)

TL;DR:

Барицентр Солнечной системы тащит меня по галактике?

Ага!

Чего я не понимаю, так это того, что как только я покину атмосферу Земли и достигну вакуума глубокого космоса, где земное притяжение больше не удерживает меня на орбите

(незначительное замечание: вы все еще находитесь на орбите , но не на замкнутой орбите. Это будет гиперболическая траектория . Ваше движение в пространстве все еще будет в некоторой степени искривлено гравитацией Земли, но недостаточно, чтобы снова оттянуть вас назад)

Как указал Инголифс, как только вы достигнете земной скорости убегания, вы окажетесь на гелиоцентрической орбите, которая, вероятно, очень похожа на собственную орбиту Земли вокруг Солнца (конечно, в зависимости от того, насколько быстро вы двигаетесь). Убегающая скорость Солнца несколько выше, чем у Земли, поэтому вам нужно двигаться как минимум еще на 12,3 км/с быстрее (это скорость убегания Солнца минус орбитальная скорость Земли), чтобы избежать гравитационного притяжения Солнца и отправиться в межзвездное пространство. . И тогда вы будете вращаться вокруг галактического центра. Если вы достигнете галактической космической скорости, вы, вероятно, окажетесь на орбите барицентра сверхскопления Ланиакея (которое, конечно, имеет свою собственную космическую скорость).). Такова жизнь с силой с фактически бесконечным радиусом действия.

почему я не веду себя как теннисный мячик, подброшенный слишком высоко в кабриолете?

При условии, что вы не ведете свой кабриолет в вакуумной камере (вам будет трудно найти достаточно большую... может быть, заговорщики по посадке на Луну могут указать вам направление на одну из них?), когда вы бросаете этот мяч его поступательная скорость сначала будет соответствовать скорости автомобиля, но сопротивление замедлит его, и поэтому он будет дрейфовать назад по отношению к автомобилю. В космосе, конечно, не так много вещей, чтобы обеспечить сильное сопротивление при нормальных обстоятельствах, поэтому вы просто продолжите путешествовать с той скоростью, с которой вас «бросило». Если вы покинете сферу влияния Земли, вы сначала попадете на земную гелиоцентрическую орбиту из-за скорости, которую вы имели до побега.

Спасибо! И еще одно потенциально очевидное продолжение: потребуется ли тогда меньше силы, чтобы достичь скорости убегания от Солнца, если мое направление противоположно пути Солнца вокруг Млечного Пути? Вы можете сказать «вниз» относительно плоскости, в которой вращаются планеты, или «назад» относительно плоскости, в которой тела вращаются вокруг Млечного Пути.
@MichaelGuinn, вы могли бы задать это как отдельный вопрос, если вам нужны подробности, но лучший способ сбежать из галактики — это указать вдоль вектора скорости Солнца и ускориться таким образом, потому что тогда, когда вы достигаете скорости убегания от Солнца, вы уже путешествуете со скоростью скорость Солнца относительно галактического центра (около 200 км/с), что означает, что вам нужно меньше Δ в достичь галактической космической скорости (около 550 км/с). Ускорение в противоположном направлении ( ретроградное ) замедляет вас, опуская вашу орбиту ближе к галактическому центру.
Почему космические корабли не остаются позади в глубоком космосе?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v