肝纤维化

注册

 

发新话题 回复该主题

如何进入银河系中心的黑洞天体动力学可能比 [复制链接]

1#
脸上白癜风 http://baidianfeng.39.net/a_yqyy/220319/10461825.html

最近,事件视界望远镜合作组织(EHT)发布了我们的银河系中心的超大质量黑洞人马座A*(SgrA*)的首张照片,我们得以一睹这个潜伏在银河系中心的“温柔巨人”的真容——质量是太阳的万倍。有人可能会问,连光都无法逃脱黑洞的吸引,我们的太阳和地球未来会被这个巨大的黑洞吞噬吗?

先给出答案:不会,永远不会。

在解释这个问题之前,我们有必要先来了解一下黑洞,根据爱因斯坦提出的广义相对论,当一颗垂死恒星崩溃后,它将向中心塌缩,变成黑洞,能够吞噬附近空间内的所有物质,包括光。

这个描述看起来不太容易理解,但我们只要能理解黑洞不是“洞”就够了,黑洞不是一个像吸尘器一样的东西,即使它能够吞噬一切,但它仍然是一个天体。天体的引力很大,是因为它们的质量很大,比如我们的太阳能吸引地球,正是引力的作用。而黑洞的引力很大,正是因为它是一个质量非常大的天体。

黑洞既然是一个天体,那么它周围的天体必然会依着一个稳定的轨道绕黑洞运转,就像地球绕太阳运转一样。没错!银河系绕中心黑洞运转的原理,跟地球绕太阳运转的原理基本是一样的!只要不进入黑洞的事件视界范围,就不会被吞噬。

实际上,对于处于银河系边陲地带的太阳系的我们来说,要进入银河系中心黑洞,比飞出银河系还难。这跟距离无关,跟天体动力学有关。

首先让我们举一个简单的例子,如何向太阳发射一枚导弹?瞄准太阳,按下发射键就可以了吗?事情并没有我们想象的那么简单,因为地球绕太阳运转的速度是10.73万公里/小时,这意味着任何从地球上发射的物体,都会拥有同样的切向速度。尽管太阳的引力很大,会将导弹不断拉向它,但10.73万公里/小时的切向速度会让导弹长期保持在一个椭圆轨道上,虽然这个轨道的半径会逐渐缩小,但是需要千万年的时间!

如果真的要让导弹径直飞向太阳,也不是没办法,从反方向减速,把10.73万公里/小时的切向速度降到零,太阳的引力自然会将导弹拉向自己。然而,迄今为止,人类最先进的火箭发动机,都没有办法将火箭加速到10.73万公里/小时。实际上,把这个切向速度降下来,让导弹飞向太阳,比让导弹飞向海王星还需要更多的能量。

这就是为什么NASA最初在计划发射“帕克”太阳探测器的时候,首先计划让探测器先飞向木星,让木星的引力帮助探测器降速,再飞向太阳。(最终“帕克”太阳探测器7次飞掠金星,依靠金星的引力实现降轨操作。)

回到我们关于银河系中心黑洞的问题上。我们的太阳系距离银河系中心大约2.7万光年,位于银河系半径大约2/3的位置,也就是说离银河系的“边缘”有大约1.4万光年的距离。太阳绕银河系中心运转的速度,大约是80万公里/小时,也就意味着,任何从太阳系中发射出来的物体,都有一个相对于差不多80万公里/小时的切向速度。

太阳位置(红点)

你要让一个物体径直奔向银河系中心,必须得反向减速,让这个80万公里/小时的切向速度降到零,否则它将在一个椭圆轨道里飞行数十亿年。而要让这个物体飞离银河系,需要让它的速度超过银河系逃逸速度,并让它飞过1.4万光年的距离,就能跟银河系说“byebye”。

银河系逃逸速度我们目前还无法知晓,因为银河系的整体质量很难估算,但即使如此,从距离上说,太阳系离银河系边缘的距离,比离银河系中心的距离更近,因此飞离银河系可能比飞向中心更容易。

但不管如何,银河系中心的黑洞尽管很巨大,只要离它足够远,我们的太阳系只会永远在一个稳定轨道上绕它运转,而不会被它吞噬。

分享 转发
TOP
发新话题 回复该主题