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随着科学技术的不断发展 ， 人类对外界未知世界的探索脚步日益加快 ， 所涉及的空间和领域也在不断拓展 。 近日 ， 我国成功发射了“天问一号”火星探测器 ， 美国和阿联酋也相继发射了火星探测器 ， 对于地外探测的话题也重新成为人们津津乐道的焦点 。 大家在看到这些火箭发射时喷出的熊熊火焰 ， 在感到无比的震撼之外 ， 有时不免心生一个问题 ， 那就是火箭通过燃料加速 ， 达到第一宇宙速度后是否才可以脱离地球大气层？
宇宙第一速度和脱离大气层的关系
说白了 ， 这两者并没有直接联系 。 早在300多年前 ， 伟大的科学家牛顿受到苹果落地的启发 ， 发现了万有引力定律 ， 提出了任何两个有质量的物体之间 ， 都会有相互吸引的趋势 ， 吸引力的大小与它们的质量乘积成正比 ， 与它们之间的距离平方成反比 。 万有引力的提出 ， 为研究宇宙间物质的运动规律 ， 特别是星体的运行提供了理论支撑 。
在万有引力的基础上 ， 牛顿提出了“牛顿大炮”的概念 ， 即在地球的表面支起一架大炮 ， 在忽略地球引力的前提下 ， 如果水平方向上的跑道速度达到一定程度 ， 那么炮弹将不会再降落到地表 ， 而是能够环绕着地球运行 。 而当速度再提升的话 ， 那么炮弹就会有可能逃离地球引力的束缚而向着深空行进 。
从空间的角度理解 ， 炮弹在飞行的过程中 ， 肯定会受到地球万有引力的影响 ， 它有着向地心坠落的趋势 ， 只不过它拥有着一定的切向线速度 ， 如果这个线速度达到一定程度 ， 那么炮弹在单位时间内远离地面的距离（受地球表面曲率的影响所致） ， 就会与万有引力作用下坠落的距离相抵消 ， 从而表现出炮弹脱离了地球引力作用的假象 ， 变成环绕地球运行 ， 炮弹所达到的这个最低环绕速度 ， 就是地球的第一宇宙速度 。
当一个物体围绕着地球运行 ， 其受到的万有引力如果完全充当了向心力 ， 即可实现环绕运行 ， 按照这个前提条件 ， 我们根据万有引力公式和向心力公式 ， 可以推导出地球表面最低的环绕速度V1＝√（GM/r） ， 其中G为万有引力常数、M为地球质量、r为物体与地球的距离 。 从中我们可以看出 ， 物体如果要实现环绕地球运行 ， 那么它在地球表面的最低运动线速度必须要达到7.9公里每秒 ， 而这个速度与大气层的有无并没有关系 。 即使在月球这样大气几乎可以忽略的星球上 ， 发射一个火箭实现环绕运行 ， 也得需要达到月球的第一宇宙速度 ， 即1.68公里每秒 。
宇宙第二速度与第一速度之间的关系
利用与第一宇宙速度相似的推导原理 ， 我们可以计算出物体如果在环绕星体运行的过程中 ， 其切向线速度值带来的空间拉开程度 ， 大地因引力作用下向星体质心处坠落的距离 ， 那么外观的表现就是物体的环绕运行轨迹越来越倾向于椭圆 ， 直至成为一个非闭合的抛物线 ， 那么如此下去物体就会摆脱这个星体的引力束缚 ， 向外太空飞去 。
在这个思维的基础上 ， 我们假设这个物体从这个星体的表面运行到无穷远处（与脱离星体引力过程正好相反 ， 但效果相同）所做的功为W ， 而这个功则由物体的动能E所提供 ， 所以我们利用动能定理和重力势能公式 ， 可以推导出第二宇宙速度V2＝√（2GM/r） 。 从这个公式我们可以看出 ， 一个星体的第二宇宙速度 ， 其数值正好等于其第一宇宙速度的根号2倍 。
另外 ， 我们通过这个推导过程 ， 也可以看出 ， 实际上物体在达到第二宇宙速度之后 ， 也会时刻受到星体万有引力的影响 ， 只不过随着燃料的做功 ， 物体的运动速度不断加大 ， 其切向线速度所带来的距离拉大效应 ， 已经大于万有引力带来的吸引效果了 。
火箭可以慢慢飞出去吗？
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