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航天模拟器探測黑洞
航天模拟器探測黑洞
更新时间:2024-12-29 13:58:29

利用歐洲航天局的Gaia空間望遠鏡,天體物理學家在蛇夫座的一顆恒星旁發現了一個質量較小的黑洞——Gaia BH1相關發現本月初在《皇家天文學會月刊》上進行了更新),它距離我們僅有約 1600 光年,是迄今為止人類已知離地球最近的黑洞。此前,這一紀錄的保持者是位于麒麟座的 V616,距地球約 2800 光年。

航天模拟器探測黑洞(一道複雜的航天題)1

藝術家對黑洞Gaia BH1的描繪

黑洞是存在于宇宙空間中的一種神秘天體,無論是小的恒星質量的黑洞,還是處在星系中心的超大質量黑洞,它們的引力都極其強大,就連光也無法從其視界中逃脫。Gaia BH1是如何在銀河系中形成的?(科學家還不清楚)人類可以派出探測器前往這個離地球最近的黑洞嗎?(被神秘黑洞吸引的人們提出疑問)

​其實這個問題很有意思。如果把它當做一道普通的數學題,會很簡單。光年是長度單位,1 光年就是光在真空中傳播 1 年的距離,約 9.46 萬億千米。而真空中的光速則是人類目前所發現的自然界物體運動的最大速度,約 30 萬千米/秒(299792458米/秒)

​“旅行者1号”是個不錯的例子。它是美國航空航天局研制的無人外太陽系空間探測器,重 815 千克,于1977年9月5日告别地球,如今即将抵達太陽系的最外層邊界。在長達 45 年的不間斷飛行後,“旅行者1号”已經距離地球超過 235 億千米(有史以來離開地球最遠的人造探測器),它的平均飛行速度大約是 17 千米/秒,那麼飛行 1 光年的距離就需要至少 17600 年

航天模拟器探測黑洞(一道複雜的航天題)2

“旅行者1号”外太陽系空間探測器

1600 個 17600 年,或許人類都早已經滅絕了,新的物種正在統治地球。

​當然,這種算法并不科學——它其實是一道十分複雜的航天題。這是因為我們還需要去考慮太陽的逃逸速度(也就是第三宇宙速度,要擺脫太陽引力的束縛飛出太陽系,物體的運動速度必須達到 16.7 千米/秒),如何利用天體的“引力彈射”,以及制定最優飛行軌迹等情況。

​最主要的是,我們極大受限于人類自身。例如我們當前的航天技術,包括發動機、燃料、燃料的儲備、航天器的加速、減速。當然,也說不定人類在未來能夠實現無限接近于光速的飛行(很難,很難,很難),那樣我們隻需 1600 年就可以抵達離地球最近的黑洞了。

光速對于人類而言已經極快,但對浩瀚宇宙來說,就如同龜速一般——目前人類能夠觀測到的宇宙直徑就已經長達 930 億光年。

讓我們來設想下,假如獲得外星人的幫助,人類擁有了 1 秒就能飛行 1 光年的飛船,我們在這場前所未有的星際旅行中會有怎樣的新發現呢?

航天模拟器探測黑洞(一道複雜的航天題)3

​當飛行 1 秒之後,我們瞬間來到了太陽系的邊緣地帶,這裡是太陽系最外圍的奧爾特雲。

4 秒之後,路過距離地球最近的恒星,半人馬座比鄰星,這是一個由 3 顆恒星組成的天體系統,也是《三體》的老家。

不到 7 分鐘,我們就到達了距離地球最近的星團——昴星團。這是一個擁有 3000 顆恒星疏散星團。

10 分 48 秒,經過螺旋星雲,螺旋星雲是恒星演化到末期後的産物,中間還有一顆密度極高的白矮星。

接近 2 小時,我們來到了鷹狀星雲内一個美輪美奂的區域,它也被稱為“創生之柱”。

航天模拟器探測黑洞(一道複雜的航天題)4

“創生之柱”位于距地球約6500光年的鷹狀星雲内

5 小時 30 分鐘之後,抵達目前已知體積最大恒星“史蒂文森2-18”,它的體積可以容納 100 億個太陽。

​在飛行了 1 天之後,我們到達了銀河系的邊緣地帶,此時整個銀河系的樣貌将映入我們的眼簾。據天文學家估算,這裡最少有 2000 億顆恒星。

29 天後,我們來到了距離銀河系最近的星系——仙女座星系。仙女座星系比銀河系要大很多,直徑長達 22 萬光年,擁有 10000 億顆恒星。

115 天後,到達了本星系群的外圍。本星系群由銀河系、仙女座星系、麥哲倫星雲等 50 個星系組成。

3 年過去了,我們才發現本星系群隻是身處于一個更大的星系團中,名為室女座超星系團,它包含有約 100 個星系群與小星系團。

16 年之後,終于飛出了室女座星系團所在的拉尼亞凱亞超星系團,它是一個包含約 10 萬個星系,直徑 5.2 億光年的巨大天體系統。

31 年後,我們的下一代驚呼,原來拉尼亞凱亞超星系團也不過是雙魚-鲸魚座複合體的一小部分。

​終于,在飛行了 1475 年之後,飛船抵達了終點站。這是人類以目前科技水平所能觀測并推測出的宇宙邊緣,距離地球約 465 億光年。

​然而,抵達了終點站的人類環顧四周,他們發現,周圍仍然是浩瀚無垠的宇宙空間。

​—

PS美國航空航天局已經提出了一項新的星際探測計劃,他們希望在未來幾十年内研制出速度可達 1/10 光速,甚至 1/5 光速的無人星際探測器,這樣飛到4.22 光年外的比鄰星(距離太陽系最近的恒星)隻需幾十年的時間。

聲明:本文關于“星際旅行”的部分内容來自“太空科學站v”

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