Question

黑洞会撞击地球吗？

Answer 1

在那里，在宇宙的某个地方，我们潜在的厄运在等着我们。

虽然夜空中的星星看起来是固定不动的，就像我们的太阳一样，但它们都在跳着同样的引力舞蹈，让我们保持在围绕银河系中心的轨道上。

那里的每个恒星系统都在相对于太阳运动，并且周期性地-每百万年左右几次-其中一个天体危险地接近我们的太阳系。

当这种情况发生时，它通常会扰乱我们奥尔特云中的一些成员，导致潜在的彗星接二连三的出现。

虽然这是最常见的情况，但更糟糕的结果确实会接踵而至。

恒星可能穿过太阳系，影响行星的轨道。

其他物体，如黑洞、中子星、白矮星和流氓行星也可以做同样的事情，就像宇宙台球 游戏 一样击打物体。

在最坏的情况下，你甚至可以想象一个黑洞撞击地球。

这种可能性在任何时候都不太可能，但天文时标是非常长的，宇宙有很多机会创造出甚至是极不可能的灾难。

以下是当黑洞撞击地球时会发生的事情，以及我们必须对此做些什么的可能性。

7万年前，一对被称为肖尔茨恒星的褐矮星穿过太阳系的奥尔特云，它们正处于核心引发氢聚变的边缘。

然而，与这幅图不同的是，它仍然不会被肉眼看到；今天，它大约在20光年之外。

据我们所知，没有一个黑洞如此接近。

有什么东西击中我们的几率有多大？

让我们从一些好消息开始：尽管我们在宇宙中有大量的黑洞，包括我们自己的银河系，但其中一个撞击地球的可能性非常小。

据估计，银河系中有4000亿颗恒星，即使这些恒星本身很大，但这些恒星之间的距离不仅与它们的大小相比，而且与它们所锚定的恒星系统的大小相比，都是巨大的。

像太阳这样的恒星直径约为140万公里，行星地球围绕太阳运行的距离约为1.5亿公里(我们定义为一个天文单位，简称A.U)。

位于海王星轨道之外的柯伊伯带的距离大约是另一个距离的50倍：绘制地图需要数十亿公里，奥尔特云持续的距离大约是到柯伊伯带距离的1000倍，以万亿甚至数十万亿公里来衡量。

最后一个数字--10万亿公里--大约相当于一光年。

相比之下，距离我们最近的恒星比邻星距我们4.2光年多一点；我们通常用光年来描述恒星之间的距离。

这是一张银河系及其周围天空的恒星密度图，清晰地显示了银河系、大大小小的麦哲伦云，如果仔细观察，SMC左边的NGC104，银河系核心上方和左侧的NGC6205，以及下方的NGC7078。

总而言之，银河系在其盘状范围内包含了大约2000-4000亿颗恒星。

根据恒星的数量和它们在我们银河系中的分布情况，多亏了盖亚任务的成就，我们现在有了一次非同寻常的普查，我们知道了关于我们附近宇宙的各种奇妙的事实。

相对于我们来说，我们附近的恒星通常以大约20公里/秒的速度运动，或者说大约是我们围绕银河系中心运动速度的10%。

在我们距离银河系中心很远的地方，几乎所有的恒星都沿着椭圆形运动，这些椭圆并不是特别偏心：它们非常接近圆圈。

此外，它们几乎都在我们距离的(薄)银盘轨道上运行；极少数在中央凸起或更大的球状星系晕中。

这些恒星中大约有一半是作为多星系统的一部分存在的，在这个多星系统中，只有大约一半像我们自己的太阳系：只有一颗恒星是孤零零的。

如果我们做数学计算，我们可以计算出，平均来说，一颗恒星需要多长时间才能到达我们的太阳一定距离内。

结果很有趣，但谢天谢地，并不可怕。

银河系内恒星可能在离太阳一定距离内经过的频率图。

这是一个对数图，其中包含y轴上的距离以及您通常需要等待多长时间才能在x轴上发生这样的事件。

我们的太阳系已经存在了大约45亿年，或者说就在上图x轴上“10”的左边。

每几十万年就会有一颗恒星靠近到足以影响我们的奥尔特云，最近的一颗是肖尔茨的恒星，大约在7万年前就这样做了。

然而，任何一颗恒星都不太可能接近到足以将我们太阳系中的其他大型天体撞离轨道。

在我们整个星球的存在范围内，我们所能期待的最近距离的另一颗恒星大约在500a.u之外，或者说大约是太阳到冥王星距离的10倍。

特别值得一提的是，在我们整个太阳系的 历史 上，只有：

一颗恒星接近到足以扰乱我们柯伊伯带的可能性约为1%，

一颗恒星接近到足以扰乱木星或土星的可能性约为0.01%，

一颗恒星接近到足以破坏地球引力的可能性约为0.0001%，也就是百万分之一左右的可能性。

恒星真正与地球相撞的几率只有0.000001%，或者说十亿分之一。

考虑到这些行星，甚至柯伊伯带，似乎没有从我们推测的45亿年前的初始形态中断，这些数字通过了嗅觉测试。

地球面临的最大危险来自一颗擦肩而过的恒星扰乱了我们的奥尔特云，并将一个潜在的行星杀手送到了我们的道路上。

然而，在遥远的未来，几乎可以肯定的是，我们银河系中物体的引力舞蹈将导致大多数包含在恒星系统中的行星最终被抛出。

对一颗质量极大的恒星一生的解剖，当核心耗尽核燃料时，最终会发生II型超新星。

聚变的最后阶段通常是燃烧硅，在超新星接踵而至之前，在核心产生铁和类铁元素的时间只有一小段时间。

如果这颗恒星的核心足够大，那么当核心坍塌时，它会产生一个黑洞。

那么黑洞呢？

你必须明白，所有这些“谈论恒星”不只是为了好玩，而是为了让我们对黑洞进行同样的讨论，这让我们做了非常好的准备。

当然，黑洞很难探测到，因为它们不发光，但它们存在背后的物理原理和它们在银河系中的运动是相同的。

原因很简单：

宇宙中几乎所有的黑洞，特别是我们银河系中的黑洞，都起源于一颗预先存在的恒星。

是的，确实存在超大质量黑洞，但这些黑洞几乎只存在于星系中心；距离我们数万光年。

不，没有任何原始黑洞的观测证据，因为原始黑洞的数量会更多，质量会更低，而且一些严重的理论困难对它们的存在不利。

相反，在宇宙中制造黑洞的两种最常见的方法是，要么创造一颗质量足够大的恒星，其核心将坍塌并形成黑洞；要么让两颗中子星在某个质量阈值以上碰撞合并，再次产生黑洞。

只有通过引力波合并(蓝色)和X射线发射(洋红色)才能发现黑洞的数量。

正如你所看到的，在20个太阳质量以上的任何地方都没有可辨别的缝隙或空洞，但在5个太阳质量以下，就缺乏来源。

这有助于我们理解中子星与黑洞的合并不太可能产生最重的元素。

一旦我们理解了这一点，我们就可以估计出黑洞的数量相对于恒星的数量。

在所有已形成的恒星中，大约有0.12%，或者说大约每800颗恒星中就有1颗质量足够大，以至于当它们完成生命周期时，它们将产生一个恒星质量的黑洞：超过大约3个太阳质量，但最多不超过几百个太阳质量。

LIGO和室女座等引力波探测器观测到的中子星-中子星合并可能会解释与这些大质量恒星一样多的黑洞，尽管它们完全处于质量范围的低端，这似乎是合理的-尽管有些人会认为这是慷慨的。

即使采取乐观的估计，这也意味着现在银河系中大约有大约10亿个黑洞在运行，而不是大约4000亿颗恒星。

这是一个令人难以置信的黑洞数量，但是即使天文时标很长，我们与黑洞相互作用的几率仍然极低。

事实上，如果我们只考虑黑洞和地球之间的碰撞，几率是微乎其微的。

这幅潮汐破坏事件的插图展示了一个巨大的天体的命运，它不幸地太接近黑洞了。

它会在一个维度上被拉伸和压缩，粉碎它，加速它的物质，并交替吞噬和喷射由此产生的碎片。

碰撞并不是唯一的危险。

当然，黑洞不需要与你相撞才会构成威胁。

如果它离你足够近，它可以：

引力破坏了你的轨道，

把你完全赶出你的星系，

甚至让你面目全非，潮汐力量将地球完全撕碎。

这些都是需要警惕的事情，但幸运的是，黑洞必须非常近才能引起这些问题。

黑洞必须离地球足够近，才能施加与太阳相当的引力，但请记住，引力在距离的平方时会下降。

即使是一个质量是太阳100倍的黑洞--比银河系99%的黑洞都要大--也必须在地球的10个天文单位范围内，才能在引力方面与太阳竞争。

这样做的风险更大，因为在太阳系的 历史 上，这种情况发生的可能性大约是400万分之一，但这只比直接被黑洞击中的可能性高出100倍。

(其他选择，弹射或意大利面条，介于这两种估计之间。)

如果黑洞在与地球碰撞的轨道上，我们不会从黑洞本身得到任何警告，但它会扭曲和弯曲背景物体发出的光，从而揭示出它的存在。

我们能知道危险是否来了吗？

“至少，”你可能会想，“如果一颗恒星要进入我们的太阳系，给我们带来重大的宇宙改造，我们会看到它的到来。”

但有没有办法得到黑洞即将到来的警告呢？

值得注意的是，答案绝对是肯定的。

黑洞可能不会发光，但它们的引力确实和任何质量相同的物体一样强。

此外，由于黑洞不是像恒星那样占据很大体积的延伸物体，而是塌缩成隐藏在微小事件视界后面的非常小的空间区域，它们相对于我们的视角强烈扭曲了出现在黑洞后面的物体的光线。

这意味着我们有三种方法来探测离我们的邻居足够近的黑洞的存在。

它可以引起强烈的引力透镜，在同一视线附近的背景物体会以一种容易识别的方式使其光线弯曲、拉伸和扭曲。

它可能导致微弱的引力透镜，在那里，较远的背景物体将以一种永远不会自然发生的方式扭曲其外观形状。

它还会引起微透镜效应，在这种情况下，经过的黑洞不会遮蔽背景恒星，反而会放大它的光，导致暂时但巨大的亮度；这是即使是看不见的质量的明显特征。

当引力微透镜事件发生时，当中间物质穿过或靠近视线到达恒星时，来自恒星的背景光会被扭曲和放大。

干涉引力的作用会弯曲光和我们眼睛之间的空间，产生一个特定的信号来揭示行星、黑洞或其他有问题的大质量物体的质量和速度。

有没有办法拯救我们自己？

在许多方面，很明显，我们赢得了宇宙彩票，仅仅是因为它的存在，并让生命在我们的星球上几乎整个存在的过程中生存和繁荣。

那么，如果我们发现我们即将失去终极宇宙彩票，并且发现一个黑洞正向我们直冲而来，会发生什么呢？

尽管可能性很大，但这在天文学上是可能的，考虑到银河系中有4000亿颗恒星的事实，4亿分之一的可能性意味着一个黑洞可能已经获得了1000个左右的恒星系统，覆盖了我们星球的存在。

不幸的是，在这一点上，唯一的选择将是采用Ludacris解决方案并让开。

我们不能单独移动地球；我们必须移动整个太阳系才能避开黑洞，唯一能大幅移动太阳系的东西，令人失望的是，与另一个大质量的引力相互作用。

换句话说，唯一能让我们免于黑洞袭击的就是我们试图避免的现象：对太阳系中行星的轨道产生明显的引力扰动。

如果这一情景成为现实，在我们这个星球上延续了数十亿年不间断的生命之后，唯一明智的行动方案是要么放弃地球号宇宙飞船，要么听天由命地与这艘船一起沉没。