هر جسمی که به سمت بالا پرتاب شود، دیر یا زود روی سطح زمین قرار می گیرد، چه سنگ، یک تکه کاغذ یا یک پر ساده. در همان زمان، ماهواره ای که نیم قرن پیش به فضا پرتاب شد، یک ایستگاه فضایی یا ماه همچنان در مدار خود به چرخش خود ادامه می دهند، گویی که اصلاً تحت تأثیر نیروی گرانش سیاره ما قرار نگرفته اند. چرا این اتفاق می افتد؟ چرا ماه خطر سقوط به زمین را تهدید نمی کند و زمین به سمت خورشید حرکت نمی کند؟ آیا آنها تحت تأثیر گرانش نیستند؟
از درس فیزیک مدرسه، ما می دانیم که گرانش جهانی بر هر جسم مادی تأثیر می گذارد. پس منطقی است که فرض کنیم نیروی خاصی وجود دارد که اثر گرانش را خنثی می کند. این نیرو گریز از مرکز نامیده می شود. با بستن یک بار کوچک به یک سر نخ و چرخاندن آن در اطراف دور، عمل آن آسان است. در این حالت هر چه سرعت چرخش بیشتر باشد کشش رزوه قوی تر می شود وهرچه آهسته تر بار را بچرخانیم، احتمال سقوط آن بیشتر است.
بنابراین، ما به مفهوم "سرعت کیهانی" بسیار نزدیک هستیم. به طور خلاصه، می توان آن را سرعتی توصیف کرد که به هر جسمی اجازه می دهد بر گرانش یک جرم آسمانی غلبه کند. یک سیاره، ماهواره آن، منظومه شمسی یا منظومه دیگر می تواند به عنوان یک جرم آسمانی عمل کند. هر جسمی که در مدار حرکت می کند دارای سرعت فضایی است. به هر حال، اندازه و شکل مدار یک جسم فضایی به بزرگی و جهت سرعتی که این جسم در زمان خاموش شدن موتورها دریافت کرده و ارتفاعی که این رویداد در آن رخ داده است، بستگی دارد.
سرعت فضایی چهار نوع است. کوچکترین آنها اولین است. این کمترین سرعتی است که یک فضاپیما برای ورود به مدار دایره ای باید داشته باشد. مقدار آن را می توان با فرمول زیر تعیین کرد:
V1=√µ/r، جایی که
µ - ثابت گرانشی زمین‌مرکزی (µ=39860310(9) m3/s2);
r فاصله نقطه پرتاب تا مرکز زمین است.
با توجه به این واقعیت که شکل سیاره ما یک توپ کامل نیست (در قطب ها تا حدودی مسطح است)، فاصله مرکز تا سطح در استوا بیشترین مقدار است - 6378.1 • 10(3) متر، و حداقل در قطب - 6356.8 • 10 (3) متر. اگر مقدار متوسط - 6371 • 10 (3) m را در نظر بگیریم، V1 برابر با 7.91 کیلومتر بر ثانیه به دست می‌آوریم.
هر چه سرعت کیهانی از این مقدار بیشتر باشد، مدار کشیده تر خواهد شد و برای همه از زمین دور می شود.فاصله بیشتر در نقطه ای، این مدار شکسته می شود، شکل یک سهمی به خود می گیرد و فضاپیما به فضای موج سواری می رود. برای ترک سیاره، کشتی باید دومین سرعت فضایی را داشته باشد. می توان آن را با استفاده از فرمول V2=√2µ/r محاسبه کرد. برای سیاره ما، این مقدار 11.2 کیلومتر بر ثانیه است.
ستاره شناسان مدتهاست تعیین کرده اند که سرعت کیهانی، هم اول و هم دوم، برای هر سیاره منظومه بومی ما برابر است. محاسبه آنها با استفاده از فرمولهای فوق آسان است، اگر ثابت μ را با حاصلضرب fM جایگزین کنیم، که در آن M جرم جرم سماوی مورد نظر، و f ثابت گرانشی است (f=6.673 x 10(-11) m3/(kg x s2).
سومین سرعت کیهانی به هر فضاپیما اجازه می دهد بر گرانش خورشید غلبه کند و منظومه شمسی بومی را ترک کند. اگر آن را نسبت به خورشید محاسبه کنید، مقدار 42.1 کیلومتر در ثانیه به دست می آید. و برای اینکه از زمین وارد مدار نزدیک به خورشید شوید، باید تا 16.6 کیلومتر بر ثانیه شتاب بگیرید.
و بالاخره چهارمین سرعت کیهانی. با کمک آن می توانید بر جذابیت خود کهکشان غلبه کنید. مقدار آن بسته به مختصات کهکشان متفاوت است. برای کهکشان راه شیری، این مقدار تقریباً 550 کیلومتر بر ثانیه است (وقتی نسبت به خورشید محاسبه شود).
