如果一顆行星繞黑洞運行,它的時間將比普通行星慢數千倍!

2020-11-22 遨遊世界科學

從行星到整個太陽系,再到銀河系,最令人印象深刻就是超大質量黑洞,它吞噬著靠近它的一切。那麼,你有沒有想過可能外星人會生活在一個環繞著這些宇宙怪獸之一的星球上呢?大多數人都會否決這個想法,因為有很多原因可以解釋為什麼生命無法在這樣的地方紮根,因為如果真的發生了,那麼生活在這樣一個星球上將是一件非常不真實的事情,因為黑洞佔據了近一半的天空,行星該是一片怎樣的世界?

看過《星際穿越》的朋友應該知道,在這部電影中,太空人穿過一個蟲洞來到一個巨大的黑洞,並訪問了它周圍軌道上的幾顆行星。位於奧帕瓦的西裡西亞大學的天體物理學家帕維爾·巴卡拉和他的同事們通過研究這些星球的熱力學來解決這個問題。為了生命的進化,一個星球需要一個可用的能量來源和一個吸收無用餘熱的地方(對我們來說,就是太空的寒冷)。正是這兩者之間的差異推動了創造生命的過程。

在《星際穿越》中,情況正好相反,「太陽」是冷的,而太空是熱的。研究人員認為,黑洞本身是一個理想的吸熱體,可利用的能量可以來自宇宙微波背景輻射(CMB),這是宇宙大爆炸產生的微弱輻射。CMB只比絕對零度高几度,但依然很弱,但超大質量黑洞的極端重力會把輻射壓縮成光學波長,匯聚成窄束。研究人員說,在這些奇異的行星中,CMB會以黑洞陰影邊緣的明亮恆星的形式出現。

其實科學家們在2017年首次發表了這一想法。現在,他們已經證實了這個數字。為了接收到足夠強的CMB光,行星的軌道必須非常靠近黑洞的視界,但是通常如此近的物體很快就會被吸進去。然而,如果黑洞快速旋轉,則有可能形成緊密的穩定軌道。但是,正如研究人員在《天體物理學雜誌》(Astrophysical Journal)上報告的那樣,如果要讓他們的星球離黑洞足夠近,黑洞表面的自轉速度必須比光速慢1億分之一。

研究小組計算出,這個黑洞也需要足夠大,至少是太陽質量的1.63億倍。這是因為更小的超大質量黑洞,如銀河系中的黑洞,重達400萬個太陽質量,當它們接近恆星或行星時,往往會被潮汐力撕裂。在更大的黑洞周圍,只有當一顆恆星或行星在視界內時,才會發生潮汐擾動,因此,視界外的任何物體都不會受到這種程度的影響。

因此要讓一顆軌道行星茁壯成長,它必須離黑洞足夠遠,這是因為任何其他被吸入黑洞的游離物質都會在它的死亡螺旋中釋放出一股強大到足以殺死附近行星上任何生命的輻射衝擊波,當然,這只是我們印象中所認知的生命,因為我們不知道在這種環境下會形成什麼樣的生命,而有可能這種生命是我們所未知的,它可能是另一種形式。

不過要是這樣的行星存在,那麼它的地平線上將漆黑一片,令人生畏。由於阿爾伯特·愛因斯坦的引力理論,即廣義相對論中的時間膨脹效應,在這樣一顆行星上1年的時間相當於在一顆普通恆星周圍數千年的時間。

不過即使生命可以掌控這樣一個世界,發現它的機會也微乎其微。當一顆行星從黑洞前面經過時,即使它已經是黑的,我們無法發現它。不過如果利用一個巨大的射電望遠鏡陣列,就像去年第一次用來成像黑洞的那個,可能能夠探測到這樣的凌日現象。從技術上講,這並不容易,但在理論上是可能的。

不過科學家認為黑洞周圍的行星並不適合居住。首先,黑洞所要求的高自旋已經接近物理極限,而且目前還沒有一種已知的機制能讓黑洞旋轉得那麼快。

另一個問題是在那裡建立一個星球。去年,日本的研究人員推測,行星可能是在星系中心附近某個距離處由氣體和塵埃組成的冷盤中形成的。很難想像有什麼方法可以將這些行星移到僅略高於黑洞表面的軌道上。

更重要的是,科學家計算出,星系內部的大多數恆星可能會被中心黑洞在吞噬氣體和塵埃的過程中產生的強烈的紫外線輻射剝離出它們的大氣層,因此一顆接近其表面的行星是沒有機會存活生命的。

儘管如此,我們不能一昧的否決這種可能性,宇宙總是在創造奇蹟,不是嗎?

相關焦點

  • 行星也可直接繞著黑洞轉
    行星繞著恆星轉,恆星繞著星系中心轉,星系中心盤踞著一個神秘的龐然大物——超大質量黑洞。這是我們關於宇宙等級結構的一個常識。但非得這樣嗎?不!行星也可以越過恆星這一級,直接形成於星系中心附近,並繞著星系中心的超大質量黑洞轉。天文學家以前也曾提出行星可以圍繞較小的黑洞運行,不過這些黑洞是由恆星坍縮演化而來的,之前行星本來就繞著這些恆星轉,所以這種觀點不算稀奇。而對於行星能否繞著動輒是太陽質量數百萬倍的超大質量黑洞轉,他們卻知之甚少。最近,一個日本研究小組將行星形成模型應用於超大質量黑洞,想看看會發生什麼。
  • 天文學家有發現繞黑洞運行的行星系統嗎?可能的狀況是怎麼樣的?
    《星際穿越》中的米勒行星就是一顆圍繞黑洞卡岡圖雅公轉的行星,在劇中米勒行星有水,也有大氣層,假如沒有恐怖的潮汐巨浪的話,這顆行星還是一個理想的宜居之地,因為米勒行星上的一小時相當於七年!至少種花家非常喜歡這個地方,因為本人實在想穿越到未來看看先進的科技。
  • 天文學家發現第一個已知的行星繞白矮星運行
    想像一下一個昏暗的,後期階段的恆星,它大約與地球大小一樣,每34小時繞其運行一個巨大的木星大小的行星。這將是一個奇異的景象,較小但較密的物體似乎控制著視覺上不匹配的天體。白矮星可能適合木星的「大紅色斑點」,讓您感覺到這顆恆星系統看起來多麼奇怪。
  • 首次發現行星繞白矮星運行證據!天文學家:這給地球命運帶來希望
    研究發現這些微量元素是從氣體盤中由外向內而來,這意味著還有一顆天體在環繞著白矮星運動,並且受其氣體盤的影響。這顆體積和地球相當的白矮星距離地球1200光年,而有一顆類似於海王星的巨行星在繞白矮星公轉,大約10天就完成了一個周期,這顆巨行星距離白矮星熾熱表面大約1000萬公裡,這甚至比水星距離太陽還要近(5700萬公裡)。
  • 太陽系是否存在第九大行星?如果存在,它是如何形成的?
    在人類走出地球之後,首先看到的就是廣闊的太陽系,過去科學家對太陽系行星的認知是九大行星,可是後來隨著觀測技術的進步,科學家發現冥王星太小了,如果它也能稱之為行星的話,太陽系還會存在第十顆行星,第十一顆行星。於是,後來科學家通過研究將冥王星降級為矮行星,踢出了行星之列,從此太陽系由原來的九大行星變為八大行星。
  • 流浪行星其實一點兒也不流浪!它繞恆星運行,只是離得有點兒遠......
    然而近日天文學家們的一項發現卻表明情況可能並沒有那麼簡單:這些流浪行星實際上可能仍然是在圍繞某顆恆星運行的——只是兩者之間的距離有點遙遠。天文學家們極其驚訝地發現一顆編號為2MASS-J2126的流浪行星,實際上卻圍繞著一顆恆星在運行,只不過兩者之間的距離竟然超過了1萬億公裡!這相當於地球到太陽之間距離的7000倍以上!
  • 黑洞附近的行星是一個什麼樣的奇異世界
    超大黑洞以吞食沿途的一切(從氣體雲到整個星系)著稱。那麼,外星人能否生活在一個圍繞這些宇宙獸之一運行的世界上呢?令人驚訝的是,研究者們表示,答案是有可能性的,儘管存在很多理由說明生命在這樣一個地方永遠不會存在。
  • 如果第九行星是個保齡球大小的黑洞會怎麼樣?
    一顆行星?也許吧。但為什麼不是一個小黑洞呢?這是兩位科學家在一篇新論文中描述的情景。當然,他們知道那更有可能是一顆行星,而不是和我們直接觀察到的任何天體都不一樣的古老黑洞。但他們只是想讓天文學家在尋找這個通常被稱為第九行星的假想天體時能夠創造性地思考。
  • 17歲的NASA實習生發現了一顆繞雙星系統運行的新行星
    他不僅在高三時被接受為NASA戈達德太空飛行中心的實習生,而且在實習僅三天後通過自己的努力發現了一顆甚至沒人知道的行星,這使他一舉成名。更令人難以置信的是,這個新發現的新世界不同於天文學家見過的任何世界:這是一顆圍繞雙星系統運行的行星。
  • 天文學家發現了第一顆圍繞白矮星運行的行星
    天文學家們發現,一顆木星大小的行星正繞著一顆白矮星運行。這一前所未有的發現表明,行星有可能可以在它們的母恆星劇烈的死亡爆發中倖存下來。想像一下,一顆大約和地球大小相當的、昏暗的晚期恆星,每34小時就有一顆巨大的木星大小的行星圍繞它運行,這絕對是一個奇怪的景象。較小但密度更大的天體,似乎控制著視覺上根本不匹配的天體形態。
  • 科學家猜測,太陽系第九行星可能是一個小東西,它比行星可怕多了
    而且不少的天文愛好者已經習慣了用九大行星來稱呼太陽系,另外九還是最大單數字,在人類文明中有著不一樣的地位。於是有很多人期盼著太陽系能夠再次回歸到九大行星,而要讓這個願意成為現實,那我們就需要在太陽系中再尋找到一顆行星,而這樣的行星不可能出現在內星系中。因為人類現在的科技對內星系的天體分布是非常了解的,如果有一顆新的行星出現在內星系,我們不可能看不到。
  • 衛星繞行星運行,行星繞恆星運行,整個銀河系都圍繞這個天體運行
    比如衛星的質量通常不如行星,所以衛星都圍繞行星運行,如月亮圍繞地球轉;而行星的質量不如恆星,因此行星都圍繞恆星運行,地球圍著太陽轉。宇宙中有很多類型的天體,這些天體的質量有小到大的排列大致是小行星行星恆星黑洞(特指星系級黑洞)。
  • 人造繞地行星的軌道衰變,五大因素,自然行星可逃避此命運嗎?
    圖源:Forbes 大家可能會覺得,發射一顆人造衛星使其繞地運行,應該是再正常不過的事情了,畢竟我們的月球已經這樣做了四十億年之久。然而,若我們只負責將衛星發射到軌道上,任由其運行的話,過不了幾十年,它們就會重新回到大氣層。結果就是被完全燒毀或是撞向地表,就像過去我們發射過的很多衛星那樣。
  • 太陽系中有一個黑洞?擾動太陽系的神秘行星X可能根本不是行星
    2016年1月20日,美國加州理工學院的邁克·布朗和康斯坦丁·巴特金在《天文物理期刊》發表他們的研究成果,宣布發現太陽系柯伊伯帶中6顆天體的運行軌道異常,這6顆天體雖然以不同速率運轉,但其運行軌道卻擁有相同的傾角,且朝向太陽的角度相近,而自然條件下碰巧出現這一情況的機率只有1/14000(0.007%)。
  • 天文學家首次直接拍到了一顆繞類日恆星軌道運行的類行星天體
    天文學家表示,他們首次直接拍到了一顆繞類日恆星軌道運行的類行星天體。2008年,天文學家便宣布捕捉到一個類似的背影,當時他們公布了一個單行星和多行星系統的直接圖像。然而,類似系統所繞恆星是巨恆星, 質量遠遠超過大陽。
  • 靠近黑洞的米勒行星時間流逝速率遠慢於地球,那得多快的速度?
    根據愛因斯坦的相對論,運動和引力都會引起時間膨脹效應。具體來說,運動時鐘走得比靜止時鐘更慢,處在強引力場中的時鐘走得比處在弱引力場中的時鐘更慢。在《星際穿越》中,出現1小時等於地球7年的時間膨脹效應是米勒行星。根據影片中的設定,使米勒行星的時間流逝速率遠慢於地球的原因是引力。
  • 九號行星可能根本不是一顆行星?
    有一個主流理論認為:第九行星是一顆比地球重十倍的巨型行星,因此周圍較小行星才被推離了其應有的運行軌道,而數年來,人們一直在苦苦追尋這位太陽系的「黑暗君主索倫」。而其他一些研究人員則將研究範圍延申到了另一個方向,他們認為這個神秘的物體可能是像壘球大小的黑洞。如果其中某個團隊的理論是正確的,即並沒有其他更大的天體存在,那麼目前巨額的天文望遠鏡搜尋將有可能是竹籃打水一場空。但越是遇上這樣的情況,天文學家就越得加倍沉著冷靜,激發出更多潛在的創造力。
  • 一顆繞雙恆星系統運行的奇異行星
    通過使用來自環繞雙星的原始行星盤的獨立的無線電觀測數據,我們現在可以確切知道有多少圍繞雙星的行星是與它們的雙星平面不一致的。克卜勒-16b的發現曾公布於2011年,這是第一顆環繞多恆星系統的系外行星。隨著發現的系外行星越來越多,我們開始意識到,圍繞雙星和多星運行的複雜系統有著許多不為人知的奇幻故事。
  • 黑洞周圍竟然也有大量行星,上面會有生命嗎?
    在浩瀚的宇宙之中,最神秘的天體就是黑洞了。一直以來,科學家們都認為黑洞可以吞噬一切,在它的周圍,不適合有天體長期圍繞著其運行,不過在近年來的研究中,科學家們卻發現,在黑洞周圍,也有大量的行星存在。超大質量黑洞可以統治所在星系中的所有天體,它的引力非常強。說起超大質量黑洞的形成,現代研究認為,極可能它的前身是一個質量是太陽數十萬倍以上的相對論星體,由於內部核心變得不穩定,而直接萎縮成為了黑洞。
  • 在恆星的死亡後,繞其運行的行星上的生命還能倖存嗎?
    當像我們的太陽這樣的恆星死亡時,剩下的只是一顆裸露的核心——白矮星。康奈爾大學的研究人員說,一顆繞著白矮星運行的行星為確定生命是否能夠在恆星死亡中倖存提供了一個有希望的機會。白矮星為天文學家提供了一個難得的機會來描述巖石行星。在《天體物理學雜誌快報》上發表的一項研究中,他們展示了美國國家航空航天局(NASA)即將到來的詹姆斯·韋伯太空望遠鏡如何在繞白矮星運行的類地球行星上找到生命的信號。當一顆繞著小恆星運行的行星經過其前恆星或穿過其恆星時,會產生強烈的大氣信號。