我们的银河系里有很多黑洞。它们到处都是!如果其中一位“登门拜访”,会怎么样呢?它们的存在是否会影响其它行星(包括地球)呢?
我们首先还是从这个设想中跳出来,做一个说明:这种事情基本上不会发生。宇宙很大,可供游荡的地方很多。
银河系中聚集着气体、尘埃和大约1亿个通过相互之间的引力而“抱”在一起的星体。作为一个旋涡星系,它的主体是一个1万光年宽、被巨大的旋臂固定着的扁平盘体,有点像风车。它有多大呢?处于盘体中心和边缘中间位置的太阳,以每秒14英里的速度绕着银河系旋转,转上一圈需要两亿多年!
在天空中能够看到的星星都是离我们比较近的,大部分都在1光年以内(这个距离在银河系里不值一提)。已知的离我们最近的恒星是“半人马座阿尔法星”(Alpha Centauri),它距我们4光年多一点,也就是25万亿英里。可以看出,我们的外围并不是很拥挤。
在太阳的一生中,肯定曾有比“半人马座阿尔法星”离我们更近的恒星,不过这也取决于“近”的含义。太空很大,恒星很小。一项研究显示,距太阳3.26光年(2万亿英里)的恒星每1万年才会经过太阳一次。在这个距离上,恒星的引力不会影响到地球。更近的相遇更少见,不太可能有哪个恒星能够近到它的引力作用对地球产生较明显的影响。
可是,银河系中的每个黑洞都有数千个恒星可供选择。已知最近的一个黑洞是前面提到的“天鹅座X-1”,它距我们16光年。还是要说明一下,对于一本书来说,讨论这个题目会令人不快,但是我们必须面对现实,纵然我们受到来自黑洞的威胁实际上是很小的。
和其它章节中的那些题目一样,多想一些还是很有趣的。如果黑洞和我们不期而遇,会发生什么事情呢?
我们可能永远也抓不住一个合适的“机会”。如果黑洞单独在宇宙中穿行,它真的就是一个黑洞,难以察觉。普通恒星质量的黑洞基本上只有几英里宽,很难辨认出来,而当你真的看到它时,已经太晚了。
虽然临近的恒星基本上都和太阳以相同的方向和速度围绕着银河的中心运转,但还是有些区别的。和赛道上的赛车一样,速度上的微小差距就可以超越对手:速度达到2英里/小时的赛车超越对手的相对时速可能只有几英里/小时。这个道理在恒星身上同样适用。太阳以每秒16英里的速度绕着银河系运转,其它临近的恒星差不多也是如此。据观测,它们相对于太阳的运转速度很小,也就是每秒几十英里。以这个速度,一个恒星要从冥王星的轨道进入地球的轨道需要好多年。
不过,还是有例外的。一些恒星是速度的精灵,如中子星就能以每秒数百英里的惊人高速运行。
这些“脱缰”奔逃的恒星起初很神秘,不过现在人们知道,它们的高速度是源于超新星爆发。如果超新星的形状不是很规则,一个侧面会比另一个侧面爆炸得更剧烈。从超新星上爆发出的物质和能量就会起到火箭推进的作用,把超新星推向相反的方向。不可思议的是,只要超新星稍微偏离正常状态,爆发就会给予残留的中子星巨大的能量,把它的速度加到很高。另外,如果超新星的前身处于一个紧凑的双星系统,爆炸将使得两颗恒星以极高的速度朝着相反的方向飞出。
每一路都可能会有一个中子星或黑洞以非常快的速度飞跃银河系(这在物理学上是说得通的,而且可能性也很高)。
如果它们冲着我们而来,会怎么样呢?我们能否从一个质量是太阳的1倍、以每秒5英里的速度飞行的黑洞的魔爪下逃生?
一个黑洞靠近地球已经很糟了,但如果它积极地“进食”,狼吞虎咽地吸入物质,泻出的X射线和伽马射线将把我们的星球烤成“薯片”。
本章开头部分描述的情形应该已经让你对将要发生的事情有了大概的了解。不过,具体细节取决于黑洞与地球之间的距离。让我们随着距离的拉近,看一看到底会发生什么。
当黑洞这个“掳掠者”靠近太阳系,行星会感到来自它的引力。当黑洞进一步靠近,引力越来越强。行星的轨道像一个被两个顽皮的孩子争抢的玩具一样开始扭曲。如果离得足够远(比如,在太阳的对面),行星受到的影响相对较小——它的轨道会变得更“椭”一点,仅此而已。但是,对于那些较远的、太阳引力又较弱的行星(如天王星或是海王星),黑洞的引力会超过太阳而起主导作用。一旦出现这种情况,行星可能就要开始绕着黑洞运转了,或者,黑洞的引力直接把行星拉出太阳系。一般来说,当两个质量较高的物体(如恒星和黑洞)相遇时,如果有一个“小个子”(行星)不慎也参与其中,它很有可能会被从这个系统中“发配”出去。
当黑洞靠近地球时,生活在地球表面的居民起初不会注意到引力的任何变化,但是地球自身会有感觉。它绕日运行的轨道随着黑洞的临近会被搅得越来越乱。当黑洞与地球的距离到达日地距离的3倍左右时(或是大约3亿英里时),它对地球的引力和太阳对地球的引力差不多大。也就是说,地球将不再受太阳的“束缚”。它可能会落入太阳,或者落入黑洞,或者被踢出太阳系。
你更倾向于哪一种?嗯……都不怎么样!
我们没什么好选择的,事情还将越来越糟。
前面提到的导致不幸的宇航员“意大利面化”的、来自黑洞的潮汐力,如今开始影响地球。在距离地球3亿英里的位置上,黑洞的引力与太阳一样大,潮汐力大约是太阳潮汐力的1/3.这并不算大(比月亮的潮汐力还要小很多),而且也不太可能引发什么伤害。
不过黑洞正在以每秒5英里、每天4万英里的速度靠近。以这个速度,它只需一周就能走完3亿英里的路程,因此大概一天以后,它的潮汐力就开始起主导作用了。这时,它与地球之间的距离已经与太阳一样了,它的潮汐力已是月亮的5倍。潮水将淹没海岸边的居民,同时引发轻微的地震。
再过一天,黑洞与地球的距离变为日地距离的一半,它的潮汐力已经是月亮潮汐力的4倍了。好几码高的潮汐波淹没了海岸线,数百万人丧生。每一分钟,这种力量还在不断增强。
又过了几个小时,黑洞离我们只有7万英里了(月球与地球距离的3倍),站在地球表面的人们会感到来自黑洞的引力和地球的引力已经一样大。再过一会儿,人们开始体验失重,轻轻跳一下,你就会飞起来。
抓紧时间“享受”一会儿吧。在这个距离上,来自黑洞的潮汐力是相当惊人的,它是月球潮汐力的2万倍(嗯,月球的潮汐力其实已经是过去的事了——此时它已经被黑洞强大的引力踢出绕地运行的轨道了)。此时,地球处于前所未有的压力之下,地震的量级难以计量。整个大陆开始瓦解,火山开始喷发。
最终,地球无法应付如此强大的潮汐力。它将被撕碎,拉成一根行星级的意大利面。曾经繁茂的地球此时只剩下碎片,被加热到数百万度,旋转着进入黑洞贪婪的大嘴……
这几乎就是事情的全部。
奇怪的是,从始至终,黑洞都很不起眼——也就4英里左右宽——它只是天空中的一个点。只有最好的望远镜才能观测到它——而且,黑乎乎的一片,根本看不清楚。
至于太阳系中其它天体的命运,则取决于黑洞的活动轨迹。只要离得不太近,太阳就能全身而退——否则它也会被毁掉。如果黑洞与太阳运转的轨道错得很开,整个星系可能只是受到轻微的影响。
这也是一种安慰吧。