Tốc độ cao bao nhiêu mới thoát khỏi sức hút của Trái đất?

Trên mặt đất, dù ta ném lên trời một vật gì, chúng luôn rơi lại mặt đất, cho dù lực ném mạnh đến đâu thì các vật nhiều nhất cũng chỉ đi được một vòng cung, cuối cùng lại rơi xuống đất. Ví dụ bắn viên đạn lên trên không cuối cùng vẫn rơi xuống đất.

Đó là vì Trái Đất có sức hút đối với mọi vật. Bất cứ vật nào quanh ta đều không tránh khỏi sức hút của Trái Đất.

Vệ tinh nhân tạo đã bay ra khỏi Trái Đất, tránh được sức hút của Trái Đất như thế nào? Đó là vì các nhà khoa học đã cho vệ tinh một tốc độ cực lớn. Để trả lời tốc độ thoát được sức hút của Trái Đất cần bao nhiêu, trước hết ta hãy bàn về lực ly tâm. Mọi người đều biết: giữa Trái Đất và Mặt Trăng có lực hấp dẫn. Vậy vì sao Mặt Trăng không rơi vào Trái Đất? Nguyên nhân là ở chỗ khi Mặt Trăng quay quanh Trái Đất đã sản ra một lực ly tâm. Lực ly tâm này đủ để chống lại sức hút của Trái Đất, cho nên Mặt Trăng vẫn bay lơ lửng trên không trung mà không rơi xuống đất.

Vì vậy muốn phóng vệ tinh nhân tạo bay quanh Trái Đất mà không bị rơi xuống thì phải khiến cho lực ly tâm của nó cân bằng với sức hút của Trái Đất.

Các nhà khoa học đã tính toán, độ lớn nhỏ của lực ly tâm tỉ lệ thuận với bình phương tốc độ chuyển động tròn. Căn cứ vào đó người ta tính được muốn cho vật thể không rơi vào Trái Đất phải có tốc độ 7,9 km/s, tức là nói nếu vật thể đạt được tốc độ 7,9 km/s thì nó sẽ mãi mãi bay quanh Trái Đất mà không rơi xuống nữa. Ta gọi đó là tốc độ vũ trụ cấp một, cũng tức là tốc độ bay vòng quanh Trái Đất. 7,9 km/s là tốc độ rất lớn. Như ta đã biết âm thanh truyền trong không khí với tốc độ 334 m/s; tàu hoả tiến lên nhanh như vũ bão nhưng mỗi giây chỉ đi được 20 m. Chính vì tốc độ vũ trụ cấp một vô cùng lớn, cho nên trước khi phát minh ra tên lửa hiện đại con người không thể thực hiện được giấc mơ phóng vệ tinh nhân tạo.

Nếu tốc độ của vật thể vượt quá 7,9 km/s thì sẽ như thế nào? Thông qua tính toán và thí nghiệm con người biết được, quỹ đạo chuyển động của vật thể lúc đó không phải là hình tròn nữa mà là hình elip. Tốc độ càng lớn thì hình Elip càng dẹt. Khi tốc độ đạt đến 11,2 km/s hình elip lúc đó sẽ không khép kín nữa, tức là nói vật thể sẽ vượt ra khỏi sự ràng buộc của Trái Đất mà bay vào vũ trụ giữa các vì sao. Cho nên tốc độ 11,2 km/s gọi là tốc độ vũ trụ cấp hai, cũng gọi là tốc độ thoát khỏi sức hút của Trái Đất. Con người muốn bay lên Mặt Trăng hoặc các hành tinh khác thì phải đạt được tốc độ này.

Nhưng vật thể đạt được tốc độ vũ trụ cấp hai vẫn chưa thoát khỏi sự khống chế của Mặt Trời. Nếu muốn du hành ra khỏi hệ Mặt Trời thì phải đạt được tốc độ vũ trụ cấp ba là 16,7 km/s. Vậy tốc độ vượt khỏi hệ Ngân hà là bao nhiêu? Các nhà khoa học đã tính toán trong khoảng 110 - 120 km/s, ta gọi nó là tốc độ vũ trụ cấp bốn. Nó sẽ là mơ ước và mục tiêu để sau này ta du hành trong vũ trụ.