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宇宙飞船一路飞进黑洞会看到什么?

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黑洞是宇宙中最黑暗的天体,因为它引力强大到连光都无法从其视界内逃逸,因此我们不可能直接观测到它,假如有一艘无比坚固的宇宙飞船从外部飞向黑洞,一路上我们到底能看到什么样的风景?

黑洞不发出任何光,那么它到底是怎么被发现的?

其实黑洞并不是被发现的,它曾经只是科学家用数学推导出来的东西,原理其实很简单,假如当一个物体的质量大到在其直径内连环绕速度达到光速都无法逃逸时,那么这个物体就会形成黑洞!怎么来理解这个问题呢?

这需要牛爵爷出来解释下,因为最早地球的环绕速度公式是他提出来的,理解起来实在非常简单,地球有引力,而且地球是一个球体,那么制造一个“离心力”与它抗衡,当离心力等于引力时的速度就是环绕速度,地球的环绕速度是7.9千米/秒!

但当地球的直径缩小到18毫米,质量却不变时,那么在地球表面即使就是光速也无法逃逸,光速引起的“离心力”只和引力相等,而光速则是宇宙中有质量物质运动速度的天花板,在地球突破18毫米直径时,这个球体将无可避免的坍缩为黑洞,因为光速运动都撑不住了嘛!

上述方式来理解黑洞的原理并无什么问题,但当年史瓦西可是好不容易从爱因斯坦的相对论中推导出史瓦西的规的,因为改变的不只是速度与质量,还有时空,牛顿经典力学无法描述时空之间的关系,而广义相对论则信手拈来!

计算得到黑洞,怎么来发现它?

黑洞是计算出来的,那么如何来发现它呢?其实也简单,它只是无法直接观测,但它会影响周围的时空和天体,前者能形成引力透镜效应,后者则会形成吸积盘和影响周围天体运动轨迹,其中吸积盘和运动轨迹两项,简直就是监测黑洞是否存在的最常用工具!

原恒星、白矮星、中子星和黑洞都会形成吸积盘,但它们发出的各个波段的电磁波分量是有差别的,黑洞的硬X射线波段更高,比如在确认银心黑洞过程中,X射线耀斑是重大证据之一!另一个则是银心黑洞外围恒星的运动,从1995年开始,ESO的科学家就追踪了银心部分恒星的轨迹,其中就与S2在短短16年间就环绕了该看不见的天体一周,使得科学家可以精确测量出这个看不见的天体质量!

请注意S0-2的轨迹

居然高达400万倍太阳质量,毫无疑问这是一个黑洞!而且在历经数十年的观测中还发现了一颗已知银河系中速度最高的恒星S4714,公转极速高达2.4万千米/秒,达到了光速的8%,单单是速度的相对论效应就已经非常明显了!

而2019年4月10日则公布了EHT事件视界望远镜对M87*黑洞的直接成像,尽管我们看不到黑洞的形象,但在那个吸积盘中间,我们知道这里隐藏了一个65亿倍太阳质量的黑洞!

假如乘坐飞船进入黑洞,我们一路上会看到什么景色?

黑洞没有直径,它的中心只有一个奇点或者奇环,而在它的史瓦西半径处则是它的事件视界,之外是宇宙,之内这是黑洞的世界,在视界这个范围内,科学家所有的信息都无法来自观测,只能根据现有的物理知识推导,因为没有任何信息可以从视界内逃逸,所以无法从观测得知。

在接近黑洞的过程中,首先将会看到黑洞的吸积盘,因为超大质量的黑洞吸积盘会非常大,比如M87*的吸积盘在500亿千米以上,所以它在很远的位置就能看到它!如果没有吸积盘,那么接近它时候能观测到引力透镜效应,如下图:

另外有一个事实要说明下,由于时空曲率的影响,我们看到的黑洞直径增加速度会比其他天体要高一些,还有看到的吸积盘颜色是偏红的,因为引力红移!还有个有趣的现象,即使从吸积盘面上接近,我们也能看到整个吸积盘,因为引力弯曲了光线!

侧面看土星,光环有一部分是看不到的

黑洞的吸积盘是盘面的,但看起来却把黑洞包裹的严严实实!

这种黑洞画法是不对的

继续靠近黑洞,会因为强烈的X射线和伽马射线辐射,所以必须使用能屏蔽这些高能射线的设备!因为无限坚固,所以不用担心被黑洞的强大引力撕裂!在靠近视界并且通过的过程中我们会有发现非常有趣的现象!

首先是黑洞的直径在视野中增加速度远超预料,这是时空曲率改变所致。

回望宇宙时星光会受到黑洞引力加速,可见光会蓝移到紫外甚至X射线波段,也就是那些恒星看起来越来越白色、蓝色,最后微波背景辐射也能变成一片可见光,也就是说背后是一片亮光,犹如欢送你进入地狱!

当飞船跨过视界的那一刻,宇宙再与你无关,再强大的发动机也无法将飞船推离黑洞,因为有一个更麻烦的问题是想要外逃时却再也找不到出去的路,因为所有的路径都指向奇点!没有后悔的机会,黑洞就是这样!

在外界观测者看来,飞船进入黑洞的一刹那会永远留在视界上,所以在外界观测者会认为你一直停留在这个状态,这点在《三体》里掩体的人造黑洞这个章节有描述,各位有兴趣可以了解下!还有黑洞内的时间相对于外界是停滞的,在外界看来,你就永生了!

最终飞船会到达奇点,一个时间与空间以我们难以理解方式存在的地方!

责任编辑:贾翰鼎_NBJ10744

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