我們都知道第一宇宙速度是繞地飛行，第二宇宙速度是逃離地球，第三宇宙速度是飛出太陽(yáng)系。可問(wèn)題來(lái)了：既然前三個(gè)宇宙速度都和“出發(fā)探索宇宙”有關(guān)，那“第四宇宙速度”又是干嘛的？為什么幾乎沒(méi)人提？

它真的存在，但對(duì)人類來(lái)說(shuō)，幾乎毫無(wú)用武之地。

什么是“第四宇宙速度”？它到底想逃離誰(shuí)？

要理解第四宇宙速度，得先明白前三個(gè)速度分別“逃離”的對(duì)象是誰(shuí)。第一宇宙速度大約是7.9 km/s，用于在地球軌道上保持圓周運(yùn)動(dòng)；第二宇宙速度是11.2 km/s，可以擺脫地球的引力束縛；第三宇宙速度是16.7 km/s，讓探測(cè)器沖出太陽(yáng)的引力，進(jìn)入星際空間。

那第四宇宙速度呢？它要逃離的，不是某顆星球，也不是太陽(yáng)，而是整個(gè)銀河系。

銀河系的質(zhì)量大約是太陽(yáng)的1.5萬(wàn)億倍，它的引力覆蓋范圍直徑超過(guò)10萬(wàn)光年。如果你想脫離“銀河系的引力井”，你需要的速度是大約550 km/s，是第三宇宙速度的33倍。這是一個(gè)什么概念？它比將“天問(wèn)一號(hào)”送往火星的中國(guó)長(zhǎng)征五號(hào)遙四火箭的飛行速度（約11.2 km/s）快了近50倍。

所以，第四宇宙速度不是不存在，而是大得離譜，它已經(jīng)脫離了人類航天工程的技術(shù)語(yǔ)境，進(jìn)入了天體物理學(xué)的理論范疇。

有沒(méi)有人造物體達(dá)到了第四宇宙速度？

別說(shuō)一般火箭了，人類歷史上最快的探測(cè)器——NASA的“帕克太陽(yáng)探測(cè)器”，也才剛剛“摸到門(mén)檻”。

這艘2018年發(fā)射的探測(cè)器，設(shè)計(jì)目標(biāo)是盡可能靠近太陽(yáng)，以研究日冕和太陽(yáng)風(fēng)。在2021年11月，它以586,000 km/h（約162 km/s）的速度刷新了人類制造物體的最高飛行速度紀(jì)錄。

但即便如此，它離第四宇宙速度550 km/s還是差了一大截。更關(guān)鍵的是，“帕克”靠的并不是傳統(tǒng)推進(jìn)，而是借助多次引力助推+貼近太陽(yáng)軌道加速，用的是天體“投石機(jī)策略”，而不是我們熟悉的“發(fā)動(dòng)機(jī)推著走”。

NASA估計(jì)，到2025年，“帕克”將在第24次近太陽(yáng)軌道飛行時(shí)達(dá)到690,000 km/h（約192 km/s）的速度上限。但這也只是銀河系逃逸速度的35%左右。

換句話說(shuō)，目前我們整個(gè)文明加起來(lái)，用了最聰明的辦法，也沒(méi)辦法靠自己“跳出銀河”。

為什么第四宇宙速度對(duì)人類幾乎無(wú)意義？

這就要回到一個(gè)核心問(wèn)題：我們?yōu)槭裁匆与x銀河系？

對(duì)航天工程來(lái)說(shuō)，宇宙速度的意義是“達(dá)到某個(gè)目標(biāo)所需的最小能量”。第一宇宙速度是衛(wèi)星發(fā)射的門(mén)檻，第二是登月、探火的條件，第三是星際探測(cè)的起點(diǎn)。而第四宇宙速度的目標(biāo)“離開(kāi)銀河系”對(duì)人類來(lái)說(shuō)，根本不是一個(gè)現(xiàn)實(shí)目標(biāo)。

銀河系的直徑是10萬(wàn)光年，光都要飛10萬(wàn)年，我們目前最快的飛行器，如果不減速地前進(jìn)，也得飛200萬(wàn)年才能飛出去。而且銀河系內(nèi)部并不“危險(xiǎn)”，它沒(méi)有“邊界禁區(qū)”或“黑洞封鎖線”，我們?cè)阢y河系內(nèi)做科學(xué)探測(cè)、星際旅行，完全夠用了。

更關(guān)鍵的是，銀河系本身就是在動(dòng)的。它以約600 km/s的速度相對(duì)宇宙微波背景輻射在運(yùn)動(dòng)，太陽(yáng)也在繞銀河中心旋轉(zhuǎn)，每秒移動(dòng)220 km/s。我們已經(jīng)是“銀河快車”上的乘客，何必非得跳車？

假設(shè)我們真的“非跳不可”，那技術(shù)上得付出多大代價(jià)？

先看能量。550 km/s對(duì)應(yīng)的動(dòng)能是多少？以1噸載荷為例，其動(dòng)能是：

E = ?mv2 = 0.5 × 1000 kg × (550,000 m/s)2 =1.5 × 101?焦耳

這是一個(gè)什么級(jí)別？相當(dāng)于35萬(wàn)噸TNT當(dāng)量，比廣島原子彈還要大15倍。而且這只是“一個(gè)噸位”的能量需求，如果是載人飛船、生命維持系統(tǒng)、燃料等，重量至少上千噸，所需能量會(huì)指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)。

再看推進(jìn)方式?；瘜W(xué)火箭的比沖上限是450秒左右，對(duì)應(yīng)噴氣速度約4.5 km/s。離550 km/s差了兩個(gè)數(shù)量級(jí)以上。哪怕核熱推進(jìn)、離子引擎、太陽(yáng)帆、反物質(zhì)推進(jìn)，都還在實(shí)驗(yàn)室概念階段。想靠這些技術(shù)跳出銀河？連“跳板”都沒(méi)造出來(lái)。

所以對(duì)人類來(lái)說(shuō)，“第四宇宙速度”只是一個(gè)物理定義，不是一個(gè)工程目標(biāo)。你可以把它想象成“跳出銀河的最小速度”，目前不但人類沒(méi)這個(gè)需求，也是真的沒(méi)有這個(gè)能力。

既然如此，為什么我們還定義它？

科學(xué)界之所以定義“第四宇宙速度”，是出于物理學(xué)的完整性，而不是工程實(shí)用性。

在經(jīng)典力學(xué)框架下，任何引力場(chǎng)都可以設(shè)定一個(gè)“逃逸速度”。太陽(yáng)有，地球有，銀河系也有。定義第四宇宙速度，是為了研究在多重引力場(chǎng)中，物體如何遷移、如何獲得穩(wěn)定軌道、如何繞銀河中心運(yùn)動(dòng)。

比如，在研究恒星逃逸、黑洞噴流、星系碰撞時(shí)，“銀河逃逸速度”是一個(gè)關(guān)鍵變量。2018年，蓋亞望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)了一批高速恒星，其速度超過(guò)600 km/s，被認(rèn)為是“銀河系逃逸星”。這些恒星可能是受到黑洞“彈射”或星系并合影響。

所以，第四宇宙速度對(duì)人類沒(méi)用，但對(duì)理解宇宙的運(yùn)行方式非常重要。就像長(zhǎng)跑運(yùn)動(dòng)員永遠(yuǎn)用不到光速，但物理學(xué)必須給他標(biāo)出那條線。

在我看來(lái)，對(duì)于人類文明而言，現(xiàn)實(shí)的征程并非逃離銀河，而是向太陽(yáng)系的深處進(jìn)發(fā)，讓火星留下人類的腳印，讓木衛(wèi)二的冰下之海露出真容，讓星際探測(cè)器飛得更遠(yuǎn)。先征服我們星辰大海的“家門(mén)口”，才是這一代航天人最偉大的使命。