黑洞是條不歸路,進去了永遠別想出來。
那麼問題來了:掉進去會怎麼樣?我們究竟離它多遠才是安全距離呢?本文就為你解開這個迷題。
一、黑洞有啥不一樣?
這是一個老問題了:黑洞這個神神秘秘的東西到底是個啥?它究竟有多可怕?
其實黑洞也沒什麼可怕,它不過是宇宙億億萬星球中的一種罷了。要一定說它與別的星球有什麼不一樣,那就是這傢伙很黑,並且總躲在暗處,你不能靠近它,靠近就是死。
人不怕明亮的東西,就怕未知的、黑暗的、會致命的東西。黑洞符合這些特徵,但安靜的黑洞遠沒有傳說的那麼可怕。打個比方:如果太陽瞬間變成黑洞,它會變成一顆視界直徑只有幾公裡的黑色星球。地球照樣還在老地方轉,它的軌道不會改變,一年還是365天,一天也還是24小時。唯一不同的是,天空變暗了,我們失去了陽光和月光,只能看見星光。
當然,我們的太陽永遠也變不成黑洞,按物理學家的計算,大約需要20個以上太陽那麼重的恆星才有可能演變成黑洞,而最小的黑洞也要比太陽重5倍以上。你不要覺得奇怪,這是因為恆星在坍縮成黑洞的過程中要經歷一次超新星爆發,它會把外層的東西炸掉一部分,剩下來的自然要輕許多。
從這個角度看,黑洞也真沒什麼特別的。我們只要跟它保持距離,該咋樣還是咋樣,很安全。
二、如果你一定想嘗試挑戰黑洞,去接近它,會怎麼樣?
算了,我們還是請偉大的冒險家Tom先生走一趟吧!
我們還是以太陽為例子:假如太陽變成「太黑洞」,它的質量不變,我們飛到距離太黑洞695700公裡的地方會如何?這時候,我們的重力加速度會達到274m/s,大約是地球表面的28倍,也就是我們通常所說28個G的重力加速度。人類是無法承受這個加速度的,Tom表示可以接受。
在這個位置會有什麼樣的感覺呢?先來做一個計算:
太空人Tom打算在「太黑洞」邊緣來一次太空行走,他身高2米,穿上太空衣後質量為200公斤。那麼在距離「太黑洞」70萬千米的地方,他有什麼樣的感覺呢?
引力公式:F=G·m1m2/R
其中G是引力常數:6.6741×10 ^-11N·m/kg,m1為太陽質量1.9885×10 ^30 kg,m2為Tom一半的質量100kg(這樣方便計算他上下半身分別受力情況),R為他到太黑洞之間的距離7×10 ^8 m。
Tom如果將他的下肢朝向太黑洞,身體下半部分與上半部分的受力差為:
F'=G·m1m2/R - G·m1m2/(R+1)
計算結果是:F'=0.000077(牛頓)
Tom表示感覺良好,內心毫無波瀾。
Tom沒有止步,他義無反顧繼續向前,到達距離太黑洞1000千米的地方,根據計算,他下半身與上半身之間的拉力達到: F'=26543(牛頓)=2707(公斤力)
這時候即便是Tom的太空衣能保住他不被扯斷,但全身骨關節脫臼、脊椎斷裂決不可避免。應該說此時的Tom已經犧牲了,因為他的大腦神經在黑洞強大重力的作用下已經全部破裂。
很慘!
(Tom掉入黑洞的過程中,他的光譜發生紅移)
這時候我們從地球看Tom,會看到他的身影慢慢變紅,這是Tom高速遠離時光譜發生紅移的結果。
然而事情並沒有完,此時的Tom已經不可能回頭,黑洞強大的重力拉著他繼續前進,當達到距離黑洞100千米的位置時,他下半身與上半身之間的拉力達到2654萬牛頓,也就是270萬公斤力,事實上在此之前他就已經被重力撕得粉碎,化作一線塵埃。
(Tom被越扯越長,在到達黑洞之前就已經粉身碎骨)
很慘!很慘!!
如果Tom一開始就對得很準,那麼他的碎片將直接進入到黑洞的事件視界,然後徹底消失。但一般情況下不會這樣。碎片會化作黑洞吸積盤的一部分,圍繞黑洞旋轉,然後一點一點地被黑洞吞沒。
Tom的故事結束了。
結束了?
三、黑洞有防火牆
上面舉的例子只是理想化狀態,現實中的情況要複雜得多,你無法接近
我們在文章開始時就提到,黑洞是個神秘的東西,它廣泛存在於宇宙之中,我們卻很難發現它。天文學家們判斷在我們的銀河系裡就有多達1億個以上的黑洞,但你平時有看到它嗎?沒有。
絕大多數的黑洞都躲在類星體的中央,類星體發出極其明亮的光,它的光比恆星發出的光要強萬倍以上,我們自然找不到深藏其中的黑暗星球了。
(這就是類星體,它的中間躲著一個大質量黑洞,它的質量可能是太陽的數千萬倍)
這樣的黑洞,我們容易接近嗎?
你會說,不可能!
沒錯。
為什麼會出現這樣的情況?因為類星體就是黑洞的一道嚴密防火牆。
類星體是被黑洞捕獲的星際塵埃,其中還有被撕碎的恆星和行星碎片,它們在黑洞的四周高速旋轉,強大的重力將它們吸積在一起形成一個球。這些塵埃互相之間急速摩擦碰撞,高溫等離子體最快能達到光速的1/3,速度快的繼續轉,慢的掉進黑洞被它吃掉。
黑洞吸積盤的摩擦是如此劇烈,以至於靠近它四周物質的10%-40%的質量被轉化成了能量,最多的質能轉化率竟然高達42%!相比之下恆星內核中的核聚變則顯得和風細雨溫柔許多,那裡的質能轉化率只有不到0.7%。
現在,你知道為什麼類星體是這個宇宙中最亮的一批天體了吧!黑洞將它的吸積盤加熱到500萬度以上高溫,消耗它們的質量,將其轉化為強烈的X射線射向太空。
現在你還有把握說去黑洞附近轉悠嗎?別說靠近,離它幾千萬公裡遠,就已經被強烈的X射線殺死,然後被炙熱的吸積塵埃擊成碎片消失在太空中了。
很慘!很慘!!很慘!!!
(用南非的MeerKAT望遠鏡拍攝的銀河系中心黑洞周圍照片)
四、幽靈黑洞
本文中Tom先生捨身探訪的屬於幽靈黑洞,這些黑洞往往由大的恆星坍縮而成,當它吞吃了周圍所有塵埃之後,就失去了吸積盤。沒有吸積盤的黑洞是孤獨的流浪者,它不發光,與黑暗的宇宙背景融為一體,只有當遠處有星光閃耀時,我們才能通過引力透鏡現象發現這個幽靈。
只不過,幽靈黑洞目前只是理論上的存在,天文學家們還沒有實際找到它的身影。
(兩個幽靈黑洞正在相互靠近,它們的重力扭曲了周圍的時空。這是想像圖)
所以你要想步Tom後塵,試一試掉進黑洞的感覺,還是得先過吸積盤這一關。
總而言之:
好奇害死貓。接近黑洞真的很危險,為安全起見,咱們還是遠離黑洞吧!越遠越好。