第三宇宙速度仅每秒16.7公里，地球每秒30公里为何没飞出太阳系？

在深入探讨之前，我们先来一段简短的科普说明。

所谓的宇宙速度，究竟是什么呢？

以地球为例，第一宇宙速度，也叫作环绕速度，是航天器环绕地球进行圆形轨迹运动所允许的最大速度，同时也是从地球表面发射航天器所需的最小初速度。它的数学表达式是Ⅴ1=√GM/r，这里G代表万有引力常数，M是地球的质量，r是航天器与地心的距离。计算结果为7.9千米/秒。紧随其后的第二宇宙速度，又名逃逸速度，是航天器需要从地球表面出发，摆脱地球引力束缚，进而环绕太阳运行所需的速度。它的计算公式为V2=√2GM/r，即在第一速度的基础上乘以√2，实际速度约为11.2千米/秒。而第三宇宙速度，则是航天器需要从地球出发，逃脱太阳系的引力，成为围绕银河系中心运转的天体所必须的速度。通过动能原理我们得知，它的速度约为16.7千米/秒，因篇幅关系，详细的计算过程在此不做赘述。

接下来，我们看看这三种宇宙速度各自对应的运行轨迹有何特点。

当物体以第一宇宙速度7.9千米/秒运动时，它可以在地球表面做圆周运动。一旦速度超过第一宇宙速度但还不到第二宇宙速度（11.2千米/秒），物体围绕地球的轨迹则会变成椭圆，地球位于椭圆的一个焦点上，这样的轨道仍然是封闭的，也就是说，物体仍受地球引力的作用。但当物体达到第二宇宙速度（11.2千米/秒），它的轨迹会变成抛物线，不再是封闭轨道，这意味着它已经摆脱了地球的引力束缚，不再返回，这就是我们为何称第二宇宙速度为逃逸速度的原因，因为它让物体变成了绕太阳运行的人造行星。同理，当物体速度超过第三宇宙速度16.7千米/秒，它的轨迹会变成双曲线，不再封闭，甚至摆脱了太阳的引力束缚。

那么问题来了，如果我们从地球表面出发，相对于地球的第三宇宙速度，在太阳参考系中又是多少呢？

之前提到的三种宇宙速度，都是以地球为参考系。但如果我们以火星为参考点，其宇宙速度就会与地球的不同。同样，地球上方与地面的宇宙速度也存在差异。地球上的物体想要逃离太阳系（即达到第三宇宙速度），需要特别考虑地球的影响。而地球本身想要逃离太阳，则必须考虑太阳的影响。我们知道地球绕太阳的公转速度是29.8千米/秒。

相对于地球质心的第三宇宙速度是16.7千米/秒，如果换算到太阳参考系，那么第三宇宙速度就是29.8千米/秒加上16.7千米/秒，等于46.5千米/秒。也就是说，在地球轨道的位置，以这样的速度，地球是无法逃离太阳系的。

那么，地球自身想要从其轨道出发，逃离太阳引力所需的宇宙逃逸速度是多少呢？

实际上，地球不需要达到46.5千米/秒的速度就可以逃离太阳系，这是因为，作为一个大型天体，地球已经在绕太阳的轨道上稳定运行，它所需要的仅仅是增加自己的公转速度，以实现逃逸。也就是说，地球逃离太阳所需的速度是其公转速度的√2倍，也就是大约42.13千米/秒。

由此可见，即使在同一位置，由于逃离的环境和对象不同（比如地球本身和地球上的物体），所需的宇宙速度也会有所差异。