揭秘超音速之谜：20马赫的速度如何穿越银河系

马赫数是描述物体运动速度与音速之比的物理量。在标准大气压和15摄氏度的条件下，音速被定义为340米每秒。因此，20马赫相当于惊人的6800米每秒。当物体的运动速度超过音速，即马赫数大于1时，该物体便跨入了超音速的领域。然而，值得注意的是，音速并非固定不变，而是受到介质密度、温度、压强等多种因素的影响，甚至在某些情况下，还与声波自身的特性如振幅和频率相关。

声波作为一种振动能量的传递方式，依赖于介质中分子间的相互作用。通常情况下，声波在密度较大的介质中传播得更快。例如，在液态水中，声波的传播速度可达1500米每秒；而在空气较稠密的低空中，其速度约为340米每秒。此外，在不均匀的介质中，音速也会发生变化。重要的是，由于声音的传播需要介质，因此在真空中运动的物体并不适用马赫数这一概念。

这意味着，低空中的20马赫与高空中的20马赫实际上是两个完全不同的概念。在海拔1万米的高空中，音速仅为295米每秒。因此，尽管同样是20马赫的速度，但在1万米高空中的实际速度与在340米每秒的标准音速下的速度相差了900米每秒。实际上，由于空气阻力的存在，飞行器在低空平飞时的速度很难超过5马赫。这是因为空气阻力与飞行器速度的平方成正比，随着速度的增加，阻力会呈指数级增长。

然而，在万米高空飞行时，由于空气稀薄且阻力较小，配合高性能的超燃冲压发动机，飞行器的速度可以轻松超过5马赫，甚至能达到20马赫以上。若想追求更高的速度，则需要使用火箭发动机。尽管如此，6.8千米每秒的速度在大气层内虽快，但在太空中却显得微不足道，甚至无法超过第一宇宙速度（7.9千米每秒）。这样的速度还不足以摆脱地球或太阳的引力束缚，更不用说飞出银河系了。

假设不考虑其他因素，仅从速度角度来探讨，以6.8千米每秒的速度，一艘飞行器需要多久才能飞出银河系呢？遗憾的是，科学家们至今尚未完全揭示银河系的真实大小，但据估计，其直径（包括银晕）大约在10万到20万光年之间。太阳系距离银河系中心大约2.6万光年，如果我们以5万光年的半径来计算，从地球出发，以6.8千米每秒的速度飞行大约需要10亿年才能飞出银河系。

银河系呈现旋涡状结构，从侧面看类似飞碟形状。其中央的银核较厚，而银盘相对较薄，我们所在的太阳系就位于银盘之上。银盘的平均厚度约为2000光年，而太阳系附近的银盘厚度约为5000光年。如果飞行器以6.8千米每秒的速度垂直于银盘从太阳系起飞，飞出银河系的银盘并进入银晕，也需要耗费约1.1亿年的时间。

目前，太阳正带领着太阳系的行星们以200多公里的速度围绕银河系中心高速公转。如果飞行器希望从太阳绕银心的公转轨道出发并最终脱离银河系的引力束缚，其速度必须达到每秒数百公里——即所谓的第四宇宙速度。但由于银河系质量的确切数值尚不明确，这个第四宇宙速度的具体数值也尚无定论。

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