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居住在黑洞周圍是什么體驗?

2021-09-29 13:18聶云風(fēng)
科學(xué)之謎 2021年7期
關(guān)鍵詞:光和熱大氣層圓盤

聶云風(fēng)

在我們的傳統(tǒng)觀念當(dāng)中,因為黑洞具有難以置信的強大引力,所以在黑洞的周圍不太可能誕生生命,只有在恒星系的宜居帶那里,才有可能存在類似地球那樣能誕生生命的星球。但是不久前,科學(xué)家利用現(xiàn)有的科學(xué)理論進(jìn)行推測后,發(fā)現(xiàn)黑洞也有類似于宜居帶那樣的區(qū)域。在那里,能誕生行星和生命,而且,如果我們居住在那里的話,會有非常奇特的體驗。

黑洞也有行星圍繞

我們不妨先把黑洞想象成太陽。確實,離太陽太近的地方無法形成行星和生命,但是在某個距離,那里不僅能形成行星,還能誕生生命。而黑洞有沒有可能也是這樣一種情況?日本國家天文臺的科學(xué)家利用已有的物理學(xué)知識構(gòu)建了一個模型,發(fā)現(xiàn)黑洞周圍形成行星的方式跟太陽系形成行星的方式相差不大。

太陽系的行星目前被認(rèn)為是由“太陽星云”形成而來。太陽在誕生的伊始,只有一團(tuán)由氣體和塵埃構(gòu)成的圓盤云圍繞著它。圓盤云里的塵埃,在萬有引力的相互作用下,不斷地相互碰撞、收縮,然后相互結(jié)合,變大并逐漸發(fā)展成現(xiàn)在的水星、金星和地球等行星。

而在黑洞那里,在距離黑洞足夠遠(yuǎn)的地方(如果這是一顆超大質(zhì)量的黑洞,那么至少要距離10光年之遠(yuǎn)),引力環(huán)境才足夠穩(wěn)定。那里的物質(zhì)不會被黑洞吸入或撕裂,而只是被黑洞抓住,然后被壓縮并圍繞著黑洞旋轉(zhuǎn),形成一團(tuán)龐大的由氣體和宇宙塵埃構(gòu)成的圓盤狀云。在那朵圓盤狀云當(dāng)中,塵埃相互碰撞、結(jié)合,然后隨著時間的流逝,一顆顆圍繞著黑洞公轉(zhuǎn)的行星就形成了。日本國家天文臺的科學(xué)家推測,在一顆超大質(zhì)量的黑洞周圍,能夠形成超過1萬顆行星。

吸積盤的大小超乎想象

當(dāng)然,光有行星星體還無法誕生生命,生命的誕生還需要光和熱。但是,黑洞又不會向外散發(fā)任何的光和熱,那么黑洞行星該從哪里獲取生命所需的能源?美國宇航局的施尼特曼博士認(rèn)為,黑洞行星能從比行星更靠近黑洞的黑洞吸積盤那里,獲取自己誕生生命所需的光和熱。

吸積盤是由一群等待著被黑洞吞噬的物質(zhì)所組成的扁平物質(zhì)帶。在這里,物質(zhì)之間會相互劇烈摩擦和碰撞,然后因此產(chǎn)生反應(yīng),向外發(fā)射強烈的可見光、紫外線和X射線等電磁波。這些電磁波一部分會射向黑洞,一部分則射向黑洞周圍的行星,為那些行星提供光和熱。

黑洞行星有什么特點?

不過正如太陽系中的行星那樣,如果沒有合適的大氣層,那么過于強烈的光熱反而會阻止生命誕生,并且也無法保持水分。黑洞行星從黑洞的圓盤狀云中形成,而圓盤狀云中還有著豐富的氣體,這些氣體會構(gòu)成黑洞行星的大氣層。再加上黑洞周圍的行星數(shù)量非常的多,所以施尼特曼博士推測,一些黑洞行星會跟地球那樣幸運,具有合適的大氣層,它們的大氣層能使抵達(dá)地面的光熱降至一個合適的水平,并能保持水分。

還有科學(xué)家推測,一些黑洞行星或許可以不用從黑洞吸積盤那獲取光和熱,而是利用宇宙大爆炸遺留下來的能量來溫暖自己。盡管宇宙大爆炸遺留下來的能量彌漫在宇宙當(dāng)中,能量級非常小,但是根據(jù)引力透鏡效應(yīng),就像放大鏡聚焦太陽光那樣,黑洞強大的引力會把路過的彌散的宇宙大爆炸能量聚集起來,從而為黑洞行星提供足夠強度的能量。這股聚集的宇宙能量,其強度跟吸積盤所散發(fā)的光和熱相比又小得多,如果黑洞附近行星以這股能量為光熱來源的話,那么它誕生生命所需的大氣條件就不會過于苛刻。

黑洞行星也會自旋,所以我們不必?fù)?dān)心晝夜的問題。能形成行星,又有光和熱的來源,還有合適的大氣層來保持水分和調(diào)整抵達(dá)地面的光熱,最后再加上自轉(zhuǎn),這樣看來,黑洞附近還真有可能誕生生命。那么,如果我們能在黑洞附近的生命星球上生活,會是怎么樣的一種感覺?

黑洞行星上的體驗

根據(jù)廣義相對論,如果我們的運動速度越快,我們的時間也就過得越慢。黑洞行星的公轉(zhuǎn)速度遠(yuǎn)超恒星系行星的,甚至非常接近光速。再加上黑洞會扭曲時間,根據(jù)測算,黑洞行星上的時間會比地球的慢上1000倍。如果我們在黑洞行星上住個一天,那么地球則過去了1000天的時間,這接近3年。不過,由于我們是跟著黑洞行星一起轉(zhuǎn)的,因此,盡管在黑洞行星上的我們能知道時間變慢了,但在體驗上還是沒什么異樣。

到了黑洞行星的夜晚,夜空中會布滿閃亮的星星,而且它們會很快地劃過天際。這是由于超大質(zhì)量的黑洞都處在星系的中心,而這里是恒星最為密集的地方,所以黑洞行星的夜幕中到處都是閃亮的星星,黑洞行星的夜空亮度會是我們的10萬倍。而星星之所以會迅速地在天際間劃過,那是因為黑洞行星那接近光速般的公轉(zhuǎn)速度。

在黑洞行星上生活,我們還要每幾年就要準(zhǔn)備迎接大變的四季。盡管黑洞不會把它附近的行星吸進(jìn)去,但是它那巨大的引力還是給黑洞行星造成了較大的影響,黑洞行星的傾角會變得“漂浮不定”。地球的傾角約每41000年稍微變化一次,不過它再怎么變化,也只是在22.1°到24.5°之間變化,變化幅度不超過2.4°。正是由于傾角的穩(wěn)定,地球上才有穩(wěn)定的四季。而黑洞行星的傾角會在短短的400年里,在幾十度的幅度間變化,黑洞行星的四季會因此變來變?nèi)?,例如,本來是炎熱夏季,下個季節(jié)有可能就直接跳到寒冷的冬季。

但是以上都只是理論和推測,除非我們真能找到繞著黑洞旋轉(zhuǎn)的行星。歐洲航天局計劃于2034年發(fā)射一個叫做激光干涉儀空間天線的探測器,這是一個非常靈敏的探測器,可以捕捉行星大小的物體穿過黑洞周圍時空時所產(chǎn)生的引力波波紋。屆時,我們將知道,黑洞周圍到底有沒有行星了。

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