在太陽系附近,如果有黑洞形成或通過,會帶來什麼樣的破壞?

黑洞是宇宙中最可怕的天體之一,它們巨大的引力會將空間和時間扭曲。在星系核中隱藏的超大質量黑洞,這些黑洞“儲存”著數百萬到數十億的恆星物質。

在太陽系附近,如果有黑洞形成或通過,會帶來什麼樣的破壞?

在太陽系附近,如果有黑洞形成或通過,會帶來什麼樣的破壞?和大多數假設性問題一樣,問題的關鍵在於細節。當黑洞經過時,它會接近多近?它會從哪裡來?會有多大?

首先,我們的太陽永遠不會成為一個黑洞,它需要10-15倍的質量才能承受所需的那種引力崩塌。我們銀河系附近的恆星也不會經歷大的撞擊:附近的大多數閃爍星星都是紅矮星——只佔太陽質量的一小部分(8%-60%)。

在太陽系附近,如果有黑洞形成或通過,會帶來什麼樣的破壞?

這留下了兩種可能性:要麼是在我們附近自發形成的黑洞,要麼是流氓黑洞在附近經過。儘管大型強子對撞機的反對者的抗議,我們可以放棄第一種可能性。

至於第二種可能性,天文學家和天體物理學家在2000年證實存在流氓的黑洞,但撞擊我們的可能性大致為零。

黑洞對空間和時間的影響

在遠處,黑洞的作用就像任何巨大的引力物體:直到它就在你正上方,它遵循古典力學和牛頓的萬有引力定律,它告訴我們兩個物體之間的吸引力與其質量成正比,隨著距離增大而迅速下降。換句話說,R136a1,一顆重達265個太陽的藍矮星和265個太陽質量的黑洞之間沒有引力差異。

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然而,接近黑洞時,根據愛因斯坦廣義相對論,引力會扭曲時間和空間,當你接近黑洞時,黑洞極端的引力會把你牢牢地吸積過去,令您無法逃逸,因為就是宇宙最快速度的光也逃脫不了黑洞地吸積。

如果你想從星際飛船研究一個黑洞,你會發現,你越接近這個可怕的天體,你飛船的引擎將不得不開啟,以保持一個圓形軌道。起初,偶爾點燃飛船引擎就足以穩定你飛船;當更接近黑洞時,你須消耗巨大的能量,才能維持一個不規則的軌道。進一步靠近黑洞,即使全程點燃引擎,不間斷的加速,也逃離不脫黑洞吸積。

一旦你耗盡了燃料,引擎關閉,你就會螺旋吸進黑洞的事件視界,事件視界是一個甚至光都無法逃脫的邊界。從那裡,你的命運交給黑洞主宰:你做任何事情都無濟於事,都阻止不了你走上通往黑洞奇點的旅程,奇點是無限扭曲的時空的核心,正如我們所知,一切物理學定律在這裡失效。

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在你被吸積前往黑洞奇點的過程中,時間會放緩很多。從自己的角度來看,沒有什麼會改變;但是,對遠方的朋友,你周圍的時間會像塗上油脂的閃電那樣流動(時間凝固),更像在寒冷的二月的早晨的汁液(時間被凍住了)。在在事件視界之外,你看上去被定格在那裡,既然光無法逃離事件視界,那將是你的朋友最後一次見到你。

引力致時間扭曲普遍存在,但通常很弱,不易被注意到。例如,在地球上,在海平面上,你的年齡每年比在珠穆朗瑪峰上少十億分之一秒。

在太陽系附近,如果有黑洞形成或通過,會帶來什麼樣的破壞?

在一個黑洞裡,時間扭曲得更厲害。事實上,當我們說你不可避免陷入奇點時,這不僅僅是因為強烈的引力或空間扭曲:相反,黑洞中的時間扭曲到如此程度,以至於奇點確實存在於你的未來。試圖阻止到達奇點就像試圖阻止時間一樣。

繼續讀,看看如果有黑洞經過我們太陽系,會發生什麼。

最後審判日

假設一個遙遠的黑洞與一顆超新星形成雙星擁抱。突然釋放出來,這顆引力巨星以每秒數十到數百公里的速度向我們呼嘯而來。我們怎麼知道?

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簡而言之,我們不會發現該黑洞——至少,在它與某天體相互作用之前不會——因為黑洞的巨大引力甚至阻擋了光的逃逸。所以,與其試圖在黑地毯上發現胡椒粉,不如讓我們來看看幾種間接識別黑洞的方法。

首先,被黑洞撕裂的天體,在旋轉進入吸積盤時會發出輻射,導致其周圍區域在強弧光下像羽毛一樣“發光”。

第二,如果被地球人發現,黑洞對周圍空間的扭曲也可能使其被探測到。這種引力透鏡是由愛因斯坦的廣義相對論所預言的,天文學家在星系、黑洞和太陽等大天體附近觀測到這種引力透鏡。

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然而,即使在理想的情況下,用這種方法發現一個黑洞,也比用雙筒望遠鏡在夜間的斑點狗身上發現一隻跳蚤要困難得多。要使引力透鏡從地球上可見,黑洞必須在我們和恆星之間穿過;要使我們發現它,它必須橫穿恆星,以便天文學家有一個正常的視角來比較它。即使這種情況發生了,但由於黑洞的大小和透鏡效應太過微小,我們也很難幸運地發現它。

最後,黑洞可以通過與行星、恆星、小行星或彗星等天體的引力相互作用而使自己為人所知,這就引出了一個關鍵問題:我們假設的黑洞距離太陽系有多遠?

很明顯,越接近,破壞就越嚴重。一次未遂事件會嚴重擾亂行星和衛星軌道,就像麻雀撞上螺旋蜘蛛網,將彎曲的軌道拖入相互作用的混亂中。

在太陽系附近,如果有黑洞形成或通過,會帶來什麼樣的破壞?

從我們對地球的角度來看,潮汐會改變,天空也會改變。如果黑洞的引力把我們的軌道踢得離太陽更遠或更近,或者使它更橢圓,我們將遭受全球溫度和季節的變化,或者可能更糟。在最壞的情況下,地球可能會被拋向太陽,或是以逃逸的軌跡飛向太空,這兩種可能都註定地球死亡。

正如著名天體物理學家尼爾·德格拉斯·泰森(Neil deGrasse Tyson)曾經在新聞節目"20/20"上,輕描淡寫說的那樣,”如果我們被黑洞訪問,對太陽系來說將是糟糕的一天。“

有鑑於此,讓我們停止在事件視界上跳舞,直接跳下去。

第一次接觸:好消息和壞消息

厄運 - 沒有別的詞。一旦我們被黑洞捕獲,科學家們的計算表明,誰也救不了我們,科幻電影中的“超人”也不能。

在太陽系附近,如果有黑洞形成或通過,會帶來什麼樣的破壞?

黑洞引力對海王星的拖拽提供了我們第一個確鑿的線索,說明有可怕的事情正在發生。天文學家對海王星的軌道非常瞭解,以至於他們可以探測到海王星的一個小偏差,它只有1弧秒(一個角度測量單位)。一個典型的10個太陽質量黑洞以每秒300公里(671081英里/小時,約為光速的千分之一)的特徵速度運動,在離地球十分之一光年的時候,會引起如此大的騷動。

當它靠近海王星時,黑洞將這顆氣態巨星拉入軌道。這顆行星現在看起來很奇怪:當它離開我們時,它的顏色似乎發生了紅移——它的輻射波長,包括光,向外延伸,向光譜的紅色端移動。當海王星經過黑洞後面時,引力透鏡使它看起來在黑暗的球體周圍變平和扭曲。當這顆行星再次出現,向我們飛去時,它的顏色看起來變藍了——它的發射波長聚在一起,向光譜的藍色端移動。

在太陽系附近,如果有黑洞形成或通過,會帶來什麼樣的破壞?

紅移和藍移通常是由恆星物體分別離開我們或朝我們移動的結果,就像救護車經過我們時警報器的多普勒頻閃一樣;在黑洞周圍,它們也是極端引力扭曲時間的結果。

很快,黑洞將這個氣體巨星撕成碎片,以旋轉的引力旋渦(吸積盤)將其組成氣體剝離,就像棉花糖機裡的糖一樣。從我們的角度來看,它似乎需要永遠進入事件視界。同時,海王星的死亡之痛所釋放出的光勾勒出了黑洞的負面輪廓,就像日食期間太陽的日冕。

在太陽系附近,如果有黑洞形成或通過,會帶來什麼樣的破壞?

此時,我們終於可以看到它周圍的星光場從透鏡中彎曲和伸展,就像一個在遊樂場鏡子裡的東西。地球上每一臺可用的望遠鏡都能觀察這種扭曲和它中心的黑色虛空。

如果我們的“黑暗毀滅者”是一個超大質量的黑洞,故事就結束了;其事件視界是太陽系的五倍。但那有什麼樂趣呢?讓我們看看這些怪物在內部是什麼樣子。

世界末日

你爬進你的堅不可摧的太空艙,你很清楚,它只會讓你短暫的解脫,但至少能存活足夠長的時間來體驗黑洞的內部。發射到太空後,你會在裡面畫出一個柔和的、逐漸向內衰減的軌道。

在太陽系附近,如果有黑洞形成或通過,會帶來什麼樣的破壞?

對你來說幸運,但對太陽系來說不幸,這是一個超大質量黑洞。是的,我們正在改變規則,但如果不這樣做,一切都會發生得太快。原因如下:

在一個小黑洞裡——比如說,大約30個太陽質量——在你到達事件視界之前很長一段時間,引力在距離上急劇增強,所引起的潮汐力就會把你撕成碎片。事實上,在活動視界,你的頭和腳之間的潮汐力大約是一百萬克(地球引力)。即使你能活下來,也沒有時間享受你的勝利,因為你會在穿越事件視界0.0001秒後遇到奇點。

在一個擁有500萬太陽質量的超大質量黑洞中,就像我們銀河系中心的黑洞一樣,體驗大不相同。任何一個黑洞,其體積超過30000個太陽質量,在其活動視界施加的從頭到腳的潮汐力小於1g。在你走向末日的路上還有更多的觀光時間:在一個彎曲的下降過程中,穿過事件視界後,你需要16秒才能到達奇點(這個“下陷”時間是黑洞質量的函數;質量越大,所需時間越長)。

在太陽系附近,如果有黑洞形成或通過,會帶來什麼樣的破壞?

穿越黑洞的視界有點像睡著或墜入愛河:很難確定何時發生,但一旦發生,你的現實感就會受到嚴重損害。在黑洞的情況下,你仍然可以看到星光場(光可以進入黑洞,它根本不能離開),但這一景象讓你想起肥皂泡裡的彩色漩渦,還有其他的問題:彎曲的時空碎片和扭曲的光,混淆了你的雙眼視覺。

潮汐力會像拉伸太妃糖一樣向下拉伸你,並從四面八方向內擠壓你。當你接近奇點時,你看到了一個非同尋常的景象:外面的宇宙似乎在你腰上壓縮成一條明亮的、薄的、藍移的帶子,上面和下面的景色變得暗淡而紅移。在那之後,剩下的碎裂物質進入一個無限彎曲的點,在那裡已知的空間和時間結束。


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