2020年7月23日，海南文昌衛星發射基地裏，長征五號運載火箭搭載著火星探測飛船天問壹號升空，這標誌著我國的火星探測計劃進入到了壹個全新的階段。千百年來，中華民族奔向宇宙的幻想，終於壹步步變成了現實。
天問壹號發射升空
奔向宇宙的第壹步就是逃出地球。妳知道物體的速度多快才能擺脫地心引力嗎？今天我們就來介紹壹下宇宙速度的知識。本文不光會介紹宇宙速度的含義，還會用簡明扼要的方法介紹它的推導過程，實在是壹篇不可多得的好文。
壹.第壹宇宙速度
牛頓在名著《自然哲學的數學原理》中有壹個思想實驗：
在壹個小山包上水平發射壹枚炮彈，如果炮彈的速度比較小，它就會落回到地面上。如果炮彈的速度比較大，落點就會遠壹些。如果速度足夠大，在不考慮空氣阻力的前提下，炮彈就不會落回到地面上，而是會環繞地球做壹圈又壹圈的圓周運動了。
牛頓大炮
這個環繞地球運動而不落地的炮彈的速度就是第壹宇宙速度，也叫做環繞速度：
在地面上以第壹宇宙速度水平發射的炮彈，可以成為地球的近地衛星。
為什麽炮彈受到地球的引力，卻不落到地面上呢？我們可以從兩個角度去理解：
首先：炮彈飛出後憑借慣性勻速直線運動，同時受到了地球的吸引力而發生自由落體，兩個運動的合成可以看作是平拋運動。如果速度比較小，由於自由落體運動，炮彈很快就落地了。可是當速度增大到某個值，炮彈自由落體的運動剛好與地球彎曲的情況壹致，炮彈經過壹小段勻速直線和壹小段自由落體後，到地球表面的距離依然是不變的。
把勻速圓周運動看成勻速直線運動和自由落體運動的合成
炮彈下落了，地球也彎了，它們距離還是不變的。於是，炮彈就能在貼近地面附近做勻速圓周運動了。可見：物體不落地的原因，可以看成是地球引力對物體運動的改變程度與地球表面自身的圓弧程度匹配。
第壹宇宙速度的推導過程至少有兩種方法。其壹是常見的高中物理課本上的方法：萬有引力充當向心力。
物體在地面附近，會受到指向地心的引力
同時，物體做圓周運動，需要向心力，它與物體的速度有關。
當炮彈圍繞地球做勻速圓周運動時，萬有引力剛好維持勻速圓周運動所需要的向心力，就能計算出第壹宇宙速度的大小了：
地球對物體的萬有引力充當了物體勻速圓周運動的向心力
其實，推導第壹宇宙速度還有壹種十分有趣的方法：假設物體以第壹宇宙速度運動，在很短的時間內，經過了勻速直線運動和自由落體運動，又剛好回到出發的高度。此時利用幾何上的相交弦定理也可以得到第壹宇宙速度大小。這種方法如下圖所示，留給中學生和物理教師閱讀，這裏不再贅述。