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小火箭出品

本文作者：邢强博士

本文共5908字，199图。预计阅读时间：50分钟。

今天，我们聊一聊太空、军事与科技中的各种速度。

借此机会，小火箭给出一个跨度从0.000000000000000001米/秒到将近300000000米/秒，量级跨度为26个0的速度尺度。

这是目前人类能够按照理论给出的一种比较小的速度了。

根据哈勃理论，在宇宙中的自由空间里，相隔1米的两个质点之间相互远离的速度属于该量级的速度，值为2.2。

按这个速度量级，跑完1米的距离，需要耗时317.1亿年。

这个速度由哈勃常数反推而来。

2018年4月27日，哈勃望远镜公布了最近一长段时间以来对造父变星的持续观测结果，暂定哈勃尝试为73.52±1.62  km/s/Mpc。

由此计算，按标准宇宙模型，现在这个规模的宇宙，其在大爆炸之后，存续的时间为43.5万亿秒，换算成地球上的人类对年的概念，为138亿年。

这个量级的速度也是比较慢的，以这个速度跑1米，需要花费317098年，也就是约31.7万年。

这是我们这颗叫做地球的星球上，基岩的平均侵蚀速度。

沧海桑田，巨石抵御岁月的变迁。

每1米，就是31.7万年。

最近20年来，全球海平面上升的平均速度，属于该量级，值为9.8，也就是3.154毫米/年。

红色为海平面上升6米之后，海岸线被大洋重塑之后的预计情况。

这个速度量级，是地球板块漂移的平均速度。

上图为最近2.5亿年来，地球板块的漂移情况。

以这个速度，仅用317年就能够跑1米。

这个速度量级，与月球有关，与我们人类也有切身关系。

上图为从环绕月球飞行的阿波罗8号飞船上拍摄的地球升起的景象。摄于1968年12月24日。

根据这50年来人类对月球的精确激光测距的研究成果，月球正在缓慢地远离地球。

远离的平均速度为每年38毫米。

10的-9次方米每秒的速度，相当于人类指甲生长速度均值的0.86倍，同时也相当于人类头发生长速度均值的0.2倍。

人类的头发，平均每天生长0.4毫米（大数均值，因人而异），也就是每年14.6厘米。

上图为泰戈尔老爷子与爱因斯坦博士的合影。

比起小火箭本文开头的速度，此时，我们已经加速了一万亿倍！

这个速度量级，是细胞囊泡运送营养物质的典型速度：

以这个速度，278小时，也就是12天，可以跑1米。

以这个速度量级飞奔，只需28小时就能跑1米远。

或者我们换个角度：

竹子，这种在很大程度上承载了中华文化的植物，在梅兰竹菊中，拥有重要的地位。

而竹子，也是按24小时统计时间尺度来看，地球上生长速度最快的植物。

竹子，在合适的环境中，能够以0.00001米/秒的速度快速成长。

这是我们这颗星球上冰川的平均移动速度：

每秒100微米，每年3.154公里。

这个速度量级，开始为大多数人的直观感觉所了解。

我们这颗星球上，有一种动物叫做蜗牛。

0.00275米/秒，即2.75毫米/秒，就是有官方记载的人类有史以来观测到的跑得最快的一只蜗牛的速度。

以这个速度，每天这只蜗牛可以跑237.6米，每年跑86.72公里。

0.0476米/秒，标准磁带的运行线速度。

0.08米/秒，也就是每小时288米，是人类观测到的自然状态下的树懒的最快移动速度。

10的-1次方，也就是0.1米/秒，是人类度量单位中的一个关键速度量级。

1公里/小时，对应0.2778米/秒；

1英里/小时，也就是1迈，对应0.4470米/秒；

因此，80迈的车速，对应着128.75公里/小时。

另外，在航海中，还有节的概念，也就是1海里/小时。

1节，相当于0.5144米/秒。

这个速度量级，也就是1米/秒的量级，离我们就更近了。

在我们的大脑中，神经细胞在轴突的动作电位传递的速度，为1.2米/秒。

当然，神经元内部传输信号的速度要快得多，为100米/秒。

光盘读取数据的探头，相对于数据存储区的线速度，同样为1.2米/秒。

成年地球人类的步行速度为1米/秒到1.5米/秒之间。

2米/秒是人体动力学的步行-跑步效率分水岭。

按人类的平均身高，这样的两足动物，在地球这样的引力环境中，低于2米/秒的水平移动速度，采取走的方式比跑的方式对能量的利用效率更高。

高于2米/秒（7.2公里/小时）的速度，则最好是用跑的方式。

2.39米/秒，人类50米自由游速度的世界纪录。

5.72米/秒，人类马拉松赛跑速度的世界纪录。

1988年4月23日，一架人力飞机从克里特岛飞到了桑托里尼，耗时3小时54分钟，飞行距离115.112公里。

该飞机一举创造了人力飞行器的直线飞行距离、累计飞行距离和累计留空时间共三项世界纪录。

平均速度：8.20米/秒。

10米/秒，这个速度就更宏观了。

地球上的雨滴的典型速度，为9.8米/秒。

雨滴的典型形状为小于5毫米的扁球体。

12.42米/秒（44.71公里/小时），是目前已知的，这个星球上跑得最快的人类尤赛恩·博尔特，在100米短跑比赛中的峰值速度。

14米/秒，猫咪的平均奔跑极速。

嗯，跑得最快的人类在猫咪族里，算是中下水平了。

17米/秒，赛马的典型速度。

25米/秒，人类无髓鞘感觉神经元的信息传输速度。

28米/秒，一般轻型飞机的起飞速度，（63英里/小时，101.4公里/小时），比如上图这架塞斯纳 150轻型飞机。

30米/秒（108公里/小时），人类已知的陆地上奔跑速度最快的哺乳动物猎豹的速度。

35米/秒，人类以前认为最快的鱼类，旗鱼的预估最快速度。

不过，自2016年开始，有海洋学家开始给出旗鱼的最大速度一般不会超过15米/秒的说法。

46.94米/秒，有记录的比赛里面出现的最快的棒球速度。

67米/秒，世界上最快的过山车 罗莎方程式 的速度（240公里/小时）。

这座位于阿布扎比的过山车使用了类似航母蒸汽弹射器的技术，从0到240公里/小时，加速只需5秒。

91米/秒，有正式记录的比赛中，最快的高尔夫球速度。

110米/秒，超空泡鱼雷的速度（396公里/小时）。

迈凯伦MP4-20在2005年意大利大奖赛中创造的F1方程式赛车的极速：

103.5米/秒，也就是372.6公里/小时，231.52迈。

113米/秒，法拉利 F50 GT1的速度，也就是406.8公里/小时。

113米/秒，迄今为止，速度最快的非龙卷风（406.8公里/小时），刚好和刚刚提到的那款法拉利的速度相同。

1996年4月份，席卷澳大利亚的奥利维亚超级热带气旋。

119.742米/秒，也就是431.072公里/小时，或者267.856迈，人类速度最快的量产车布加迪威龙的速度。

嗯，这是一款比风还要快的量产车。（指非龙卷风）

120米/秒，所有哺乳动物的神经元传递信息速度的极速。

130米/秒，龙卷风的极速。（布加迪比所有的非龙卷风都要快，但是比起龙卷风还是慢了些。）

小火箭觉得，头脑风暴这个词比较有趣，就是把120米/秒的神经元极速发挥出来，去无限接近龙卷风。

有关风，详见小火箭的公号文章《追风者列传：人类飞行器挑战飓风奋斗史》。

136.9米/秒，羽毛球最新的速度纪录。从这个角度来说，羽毛球是所有球类运动中，球体移动速度最快的！

这个速度，相当于493公里/小时，比高铁的速度快多了。超过了超空泡超级鱼雷，超过了热带气旋，超过了法拉利；超过了龙卷风，超过了布加迪。

嗯，到这里，基本上就要说到喷气式客机的巡航速度了。

国产大飞机的巡航速度为Mach 0.785 ，也就是 834公里/小时。

也是什么概念呢？

换算过来，相当于231米/秒。

空客A380的巡航速度刚好是250米/秒，也就是559.23迈，也就是900公里/小时。

314米/秒，梅塞施密特 Me 163 火箭动力拦截机在1944年6月6日那天创造的那个时代的载人飞行器的速度纪录。

340.3米/秒，也就是1225公里/小时，是咱们这个星球上，一个标准大气压，15℃时候的声速。

小火箭注：这个速度，相当于真空中光速的百万分之一的量级。

当地温度、当地声速与当地空气密度的对照表。

2005年12月1日，一架空客A380客机在俯冲飞行测试中，实现了以声速的0.96倍速度，也就是Mach 0.96的飞行。

由此可见，萌萌的客机外表下，大家还都是有着一颗向声障挑战的心的。

1997年，超声速推进者号喷气式汽车创造了人类陆地驾驶的速度纪录：

344.66米/秒，也就是1240.77公里/小时。

这是人类首次驾驶汽车在地面上超过声速！

这辆车由陆地速度车辆设计师诺博和英国的地空导弹设计师艾尔联手操刀设计，采用了两台罗尔斯·罗伊斯带有加力燃烧室的喷气式发动机（与英国皇家空军的F-4鬼怪战斗机同款）。

373米/秒，人类超高空自由落体速度的世界纪录。

464米/秒，也就是1670公里/小时，是赤道上的地球自转线速度。

大多数运载火箭选择自西向东发射，就是为了借助地球自转的速度来为火箭节省燃料或者在相同的配置下拥有更强的发射能力。

有些火箭发射场尽量靠近赤道修建，同样是为了最大化地借助地球的自转。

Mach 2.02 ，也就是2158公里/小时，599.4米/秒，协和超声速客机的巡航速度。

自从最后一架协和客机与2003年10月24日退役之后，人类迄今为止仍未恢复超声速航班。

Mach 2.24，也就是2333.55公里/小时，即648.2米/秒，人类第一架能够进行超声速飞行的飞机贝尔X-1的最大飞行速度。

在巨舰大炮时代，战列舰是一切军舰的王者。

上图和上上图是衣阿华战列舰BB-61的9门16英寸（406毫米）主炮进行齐射的场景。

通过瞬间燃尽300公斤重的发射药，406毫米口径的巨型炮弹能够获得20.55海里，也就是38.06公里的射程！

这样的战列舰主炮炮弹的出膛速度远远超过声速，其1.225吨的弹头，拥有762米/秒的出膛速度。而862公斤重的战列舰专用核弹头，则拥有820米/秒的出膛速度，是声速的2.4倍。

975米/秒，也就是Mach 2.87，是M16突击步枪的子弹枪口初速。

983米/秒，Mach 3.3，SR-71的最大平飞速度。

上图为一架SR-71的飞行员从2.5万米高空向驾驶舱外拍摄的照片。

这个量级的速度，是大气层内外的动能拦截器的典型飞行速度。

1000米/秒，吸气式冲压发动机超声速反舰导弹的典型飞行速度。

1400米/秒，也就是5040公里/小时，航天飞机固体助推器分离瞬间时的飞行速度。

M1A1主战坦克使用120mm滑膛炮发射尾翼稳定脱壳穿甲弹时，炮弹初速为1605米/秒，为声速的4.72倍。

2019米/秒，即2.019公里/秒，Mach 6.7，是1959年实现首飞的X-15飞行器的最大飞行速度。

2.375公里/秒，月球逃逸速度。

2.7公里/秒，系外行星HD 189733 b的典型表面风速。

2.885公里/秒，人类地面火箭滑撬的最大速度。

3.373公里/秒，Mach 9.7，X-43A高超声速飞行器的飞行速度。

7.7公里/秒，近地轨道空间站、货运飞船和太空行走、在太空休憩的人类的典型轨道速度。

7.77公里/秒，季戊四醇四硝酸酯导爆索的典型燃烧（爆炸）速度。

7.8公里/秒，洲际弹道导弹再入弹头的典型速度。

上图为一枚和平卫士洲际弹道导弹的多枚子弹头再入大气后命中夸贾林环礁靶场多处目标的场景。

11.107公里/秒，阿波罗10号载人登月飞船再入大气的速度，迄今为止仍然是载人飞行器的速度纪录。

这个速度，是光速的十万分之四。

11.2公里/秒，地球逃逸速度。

1959年的苏联月球1号探测器，是人类第一个达到地球逃逸速度的飞行器，也就是人类第一颗人造行星。

有关该探测器，详见小火箭的公号文章《踏上征程，触摸太阳！对人类最强太阳探测器的六点分析》。

16.21公里/秒，新视野号探测器的飞行速度。

17公里/秒，旅行者号探测器相对于太阳的飞行速度。

29.8公里/秒，地球绕太阳公转的平均线速度。

47.8公里/秒，伽利略号探测器坠入木星大气时的速度。

这个速度，是所有人类可操纵的飞行器当中，最快的。该速度代表了目前人类文明能够直接掌控的宏观物体的最快速度。

70.2公里/秒，太阳神号太阳探测器的近日点速度。该速度是由强大的太阳引力和特殊设计的轨道共同作用的结果。

73.8公里/秒，朱诺号木星的探测器相对于地球的速度。这是目前人类飞行器被动飞行的最快速度纪录，该纪录在7年内，或许会被帕克探测器打破。

140公里/秒，梅西耶M98星系向我们银河系飞速冲来的速度。

好在M98星系离我们还有4440万光年远，暂时还不用担心。

小火箭风格：

这个距离，算起来，是4.2后面20个零 公里，相当于银河系直径的440倍。

200公里/秒，我们的太阳绕着我们的银河系中心的公转线速度。

这个速度，是光速的万分之七。

308.571公里/秒，仙女座星系（之前的旧称为仙女座星云）向咱们银河系飞奔而来的速度。

以上三图，分别为仙女座星系的红外、广域红外、可见光叠加摄影。

仙女座星系距离咱们银河系只有250万光年远。

这个距离，只有银河系半径的49倍。

这是什么概念呢？

小火箭算了一下，地球到月球的距离除以地球半径的话，是63.34。

仙女座星系到咱们银河系，按尺寸等比例缩小的话，这个相对距离比地球到月球的情况还要近。

嗯，没错，按目前的观测和计算结果，仙女座星系和银河系在37.5亿年后就会碰撞。

咱们的银河系只有仙女座星系的一半大，在咱们多次穿越仙女座星系后，最终会融入该星系，两大星系最终会变成一个椭圆星系，另有大量恒星和行星会被抛出新形成的星系之外，成为流浪恒星与流浪行星。

440公里/秒，也就是光速的千分之一点五，是闪电先导电流的典型速度。

500公里/秒，太阳风的典型速度。

552公里/秒，我们的银河系相对于宇宙微波背景辐射的运行速度。

617.7公里/秒，从太阳表面发射火箭，逃离太阳所需的速度。

这个速度是光速的千分之二点一。

1000公里/秒，太阳海啸的速度：根据磁流体动力学理论计算出来的莫尔顿波的传播速度。

5000公里/秒，光速的0.017倍，银河系S2恒星绕银河系的银心人马座A超级大黑洞公转的线速度。

1.4万公里/秒，光速的0.047倍，快中子的典型速度。

3万公里/秒，电子束的典型速度，光速的十分之一。

纯水中的光速，在这个速度量级下的值为2.249，也就是真空中光速的0.7502倍。

10万公里/秒，从一颗中子星表面，发射火箭进入太空所需的速度量级。

上图为哈勃望远镜拍摄的蟹状星云，其中心，有一颗年轻的中子星。

10万公里/秒，光速的三分之一，闪电真正的力量回击电流（比先导电流速度快得多）的典型速度。

12.4万公里/秒，光在钻石中穿行的典型速度，为真空中光速的0.4倍。

介质中，光的速度会低于真空中的光速。这就给介质中超光速的现象提供了可能。

小火箭调动小火箭计算中心2号超级计算机，推导公式后，在计算机中模拟出了切连科夫辐射：

这就是小火箭计算的一枚高速运动的粒子在水中从左向右高速运动时，因超过水中的光速而产生的切连科夫辐射现象的计算图！

很开心，终于有这么一张像点样子的图了。注意“激波”内的精细结构。超光速时的情形从视觉上来看，比超声速要绚丽一些。

的确！切连科夫辐射是蓝色的！（黄色部分的电磁波在进入我们眼睛之前就散射掉了，更紫的光则在紫外频段。）

详见小火箭的公号文章《当运动超过光速！核反应堆摄人心魄的幽幽蓝光》。

粒子在水中超光速产生的现象和上图这架T-38教练机在空气中超声速产生的激波竟然如此相似。

20万公里/秒（光速的0.7倍），信息在光纤中的传输速度。

299792458米/秒，将近30万公里/秒，是真空中的光速。

咦？真的有这么精确么？

有的，实际上不是因为光速这么精确，而是因为米，这个长度单位的定义，自1983年以来就是以真空中的光速来定义的：

1米的长度被定义为光在真空中于1/299792458秒内行进的距离。

今后如果有更好的技术，能够实现对光速更精确地度量的话，这个比例关系也不会改变，而要改变的，是米这个单位的长度了。

速度，是空间除以时间之后得到的物理量。四方上下谓之宇，往古来今谓之宙。速度就是宇/宙的结果，同时也是宇宙对人类的永恒诱惑。

小火箭终于和大家一起完成了咱们这个宇宙的已知最慢速度尺度与最快速度的一个跨越26个数量级的史诗之旅。

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