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如果太阳被同样大小的黑洞代替,太阳系会毁灭吗?

对于太阳来说,想变成黑洞是不可能的,它的质量实在太小了。大概在50亿年后,它会发生超新星爆发。关于太阳的死亡,我们会在【宇宙出生日记】系列栏目中介绍。总之,太阳的命运,只能是一颗白矮星。

不过,假如我们非要讨论一下这个情况呢?我想,这是一个帮助大家理解黑洞的好机会,所以,咱们不妨试一试——如果用同样大的黑洞来代替太阳,会发生什么事呢?

如果太阳被同样大小的黑洞代替,太阳系会毁灭吗?

我们都知道,黑洞最可怕的,就是它的引力,所以我们从引力入手来讨论。

引力的大小和两个物体间的距离平方成正比,因此,黑洞的引力范围,也是随着距离而递减的。所以,我们才有黑洞的史瓦西半径这个说法。史瓦西半径又叫视界半径,并不是黑洞的本体,而是黑洞的最强引力范围。根据万有引力定律和一颗黑洞的质量,可以轻松计算出黑洞的视界半径。只要进入视界范围内,包括光在内的所有物质都会被吸收。而在视界范围外,光是可以逃脱的,而且距离越远,逃逸速度越快。

那么,问题就来了:我们说和太阳一样大,是尺寸一样大,还是质量呢?

如果太阳被同样大小的黑洞代替,太阳系会毁灭吗?

如果是这个黑洞的史瓦西半径和太阳半径一样大,那么恭喜你,死定了。

根据太阳的质量可以轻松计算出来,这颗我们假设的黑洞只有30公里的视界半径。也就是说,如果把太阳压缩成黑洞,只有它附近30公里的光会被吸收,其他的光都可以安全通过(虽然会被扭曲)。而如果这个黑洞的视界半径有太阳半径那么大,那么就可以计算出来,它的质量或者说引力,是太阳的2.3万倍。于是,地球就会打着转落入黑洞。在临死之前,你会看到非常诡异的画面,如果你想知道被黑洞吞噬之前会有什么样的感受,咱们未来会单独推出一期节目来介绍。

所以,如果是按照半径来算的话,对于整个太阳系都太残忍了,咱们还是按照质量相同的情况来分析吧。

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如果是这样的情况,那么我可以拉着你的手恭喜你:至少比前一种情况能多活两天,多看看这个不一样的太阳系。

我们说过,太阳的史瓦西半径只有大约30公里。在1.5亿公里以外的地球上,我们几乎只能看见天空中的一个黑点——可是,太阳都不在了,地球就永远陷入黑暗之中,没有白昼,在夜空中,我们可能也注意不到一颗黑点吧……月亮也是完全黑暗的,所有的行星也都再也看不见。

除了和距离有关,引力也和两个物体本身的质量成正比。因此,如果质量和太阳相同,那么这个黑洞所产生的引力也并没有什么特别的,地球还会像原来一样围绕太阳系的中心公转。不仅地球,所有太阳系天体都会和平时一样正常运行。

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这就非常尴尬了,因为这个黑洞是真的“黑”。我们所有网上看到的黑洞图片,都是正在吞噬物体的图片。黑洞本身是没有光的那些黑洞旁边的光,都是黑洞的吸积盘。什么是黑洞的吸积盘?就是物质被吞噬时高速“下落”,能量升高,于是开始发光所形成的结构。而这个黑洞质量和太阳一样,引力也一样,所有的天体都正常运行,不会落入黑洞。所以,它根本没有机会发光。

另外还有一个问题,那就是霍金辐射。当黑洞不再吞噬,它就会开始“蒸发”。霍金指出:在黑洞的视界范围内,会有虚粒子对的突然出现。当虚粒子对出现时,其中一个会被黑洞迅速吞噬,而另一个则会被射出来,变成实粒子。只要是粒子,就会有能量。也就是说,黑洞会开始流失自己的能量。

不过,霍金辐射的时间非常非常久。比如这颗“太阳黑洞”,大约需要10^64年。我们说过,太阳的质量有2000亿亿亿吨,但这个数字和这个时间相比也显得那么微不足道。即使只蒸发一公斤的质量,也需要5*10^33年。因此,这颗黑洞所产生的霍金辐射,对我们不会造成任何伤害。

所以,我们唯一需要担心的,就是没有了光,地球生物该如何生存。

如果太阳被同样大小的黑洞代替,太阳系会毁灭吗?

首先,没有光,植物就无法进行光合作用。即使用尽地球上的化石能源,也无法提供太久的光亮,它们最终全部枯萎死掉。由于树木新陈代谢较慢,它们可以坚持十年或者更久——不过恐怕不到那个时候,就被饥饿的动物们啃光了。没有了植物,动物就会跟着死亡。北极熊和企鹅看起来幸运一点,能多坚持一阵子。比它们活得更久的是深海鱼,因为环境的改变对于它们来说影响并不大。至于人类能不能耗得过它们,我持怀疑态度。最终,能够坚持到最后的就是低等生物,因为它们没有什么器官分化,所以对环境的适应能力超强,比如水熊虫。

更重要的是,我们应该怎么防止被冻死。在太阳的光照下,地球能够保持15℃左右的平均气温。但是,如果没有太阳,只需要一年的时间,就会降温到-73℃。这个“太阳黑洞”会给我们提供热量吗?可能要让大家失望了,根据科学家的计算,它的理论温度只有60纳开(1/60000000000 开尔文),几乎就是绝对零度了。所以,它不拖地球的后腿我们已经谢天谢地了。

如果太阳被同样大小的黑洞代替,太阳系会毁灭吗?

同样的,化石能源可以给我们解决一部分问题。但是随着太阳的光照消失,我们必须成指数倍地燃烧化石能源,才可以保持温度,导致化石能源消耗得更快——嗯,倒是不用再担心温室效应了。

唯一的办法,就是像《流浪地球》说的那样去地下生活,但人类显然还没有技术能够挖那么成熟的地下建筑体系。这个地下建筑体系,不是你以为的不见天日的三层地下室就可以,而是要非常深。只有那样,我们才能依靠地球内部的热源——放射性元素衰变——来提供足够的温度生存。

科学家告诉我们:从地表向下,每1公里会有20℃的升温。如果地表降温到零下七十几度,那么我们可能要生活在地下4公里的深处才行。而且地球会继续降温,我们也得不断深入。苏联的科拉钻孔,或许反而成为那时候人类的避难所。不过,科拉钻孔届时的“房价”,恐怕也不是我等凡人住得起的。

如果太阳被同样大小的黑洞代替,太阳系会毁灭吗?

因此,无论太阳变成什么样的黑洞,地球都完蛋了。

当然了这种事不会真的发生,但是,你应该也体会到了太阳对于地球生物的重要性,和离开太阳的人类有多么脆弱。茫茫宇宙中,什么事都有可能发生,我们必须未雨绸缪,才有可能度过各种危机。

目前,有科学家认为,宇宙或许早晚有一天,会变成完全由黑洞统治的世界。如果这种情况发生,恐怕人类就很难生存了。要么发展出相应的科技,要么想办法阻止这个结局的发生。不过,这就不是我们今天要讨论的话题了~

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