what if 月亮變黑洞

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提問:

如果月亮變成了一個質量相同的黑洞會怎么樣?如果月球真的變成黑洞的話,那么“月”食看起來會是怎么樣的?

—— Matt

回答:

“不怎么樣”以及“不怎么樣”。

(醫生警告說即使是能夠阻擋室外紫外線(UCB)的太陽眼鏡也只能擋住被太陽鏡遮擋的那部分太陽發出的紫外線)

和月球質量相當的黑洞的事件視界大小大約只有一粒砂子那么大。根據我最喜歡的表單之一上的數據,這個黑洞的大小大約介于細砂到中砂之間,因而能夠穿過70號及以上(ASTM標準)的篩子。其實吧,我估計月球質量那么大的黑洞能夠穿過任何篩子,與此同時順手把篩子一起毀了,但這又能怎樣呢?[1]

由于月球的質量和位置沒有發生變化,因而地球上的潮汐也不會受到任何影響。當你飄浮在一個球形物體外面時,它對你的引力大小只與你和它質心間的距離有關,而與質量是集中在球心上還是均勻分布無關。如果太陽被一個與其質量相等的黑洞所取代,地球的公轉軌道也不會發生變化,不過地球上的生命可就不一定了。

當月球變得只有一個點那么大的時候,就沒有月光了,這會影響所有夜行生物的生物周期。但和人類做的其他事情相比,這都不算什么。月球的存在穩定了地球的軌道,但和月球質量相同的黑洞也能起到相同作用。

變成黑洞的月球會相當不起眼。如果它變得更小些,它會由于霍金輻射而逐漸蒸發,不過和月球質量相當的黑洞從星際空間吸收的能量其實大于它通過霍金輻射釋放出來的能量。因而這個黑洞真的就是個“黑”洞。

(非實際尺寸,雖然也沒差多少)

至少在它不吞噬物質的時候是這樣的。在黑洞吞噬任何物質后,它會釋放出大量的輻射。在吞噬中的黑洞是閃閃發光的,因為隨著大量物質沿著螺旋路徑被吸入黑洞,它們會被不斷加熱,在這個過程中會發出耀眼的光芒。[2]

所幸黑洞的食物也并非那么好找,因而目前為止它不會變得非常耀眼。大部分的時間這個黑洞只會劇烈改變它周圍的星際灰塵的軌道——一粒砂子吸走另一粒砂子。[3]

但我們會觀察到一個有趣的現象:地球不但變暗了,而且還變冷了,因為月光溫暖著地球。對于全球能量平衡來說,這點加熱效果微不足道;月光的亮度與陽光相差了五到六個數量級。但它確實起到了一點作用。

測量數據顯示全球氣溫的變化有一個28天的周期;去除其他因素的影響,地球在滿月的時候最熱。不過差別極小——也就零點幾攝氏度——但確實有影響不是么。

不過事實上這個現象并不完全是由于月光在作祟,最主要的因素是在滿月時地球離太陽更近一些:

(太陽在9千萬英里以外)

計算月球反射到地球上的陽光并不如你想象中那么容易。月球確實會反射陽光,但是中間有些曲折。當月球有一半被照亮時,你可能會認為它的亮度是滿月時的一半,但其實亮度遠遠超過。當你把這一點考慮進去時,你會發現還有更加棘手的地方,因為這時候會有一些討厭的科學問題。[4]除此以外,月球自身還會被太陽加熱,然后又以紅外線的方式向外輻射熱量。

Robert Knox在這篇文章里對月亮對于地球能源收支的影響有著很不錯的見解,總的來說就是月球的紅外輻射對地球溫度的影響是可見月光的約十倍,但由月球引起的日地距離的變化產生的影響又是紅外輻射的約十倍。Knox甚至量化地給出了月球對地球輻射平衡的影響——紅外輻射形式的月光的存在使得地球的溫度升高了0.0012華氏度。

在月光消失后,地球的溫度將會略微下降。不過鑒于我們向大氣層中排放二氧化碳的速度越來越快——這也會影響地球的能量平衡——這點小區別幾周之內就會消失。

所以總的來說,把月球變成一個黑洞可能不算什么大事。

除非……它發生在1969年到1972年間的某個時候,這樣尼克松就要額外發表這么一篇演說了。

(我們把一個人扔到佛羅里達的沙灘上吧。對,就是這個人!)

注釋

  • 注1:"neither here nor there"這個說法肯能有些費解,但我覺得這個事實就是沒什么用啊。

  • 注2:不過,黑洞吞噬物質的速度也不能太快,因為一旦速度超過一個臨界點,它所釋放出來的大量輻射會把“食物”吹跑,這個極限叫做埃丁頓極限

  • 如果我們的這個月球黑洞吞噬物質的速度達到了埃丁頓極限,那么它的熱量將足以毀滅地球上的任何生命。

  • 注3:就算它吞噬物質的速度和地球——地球有著更大的“吸收面積”——吸收星際灰塵的速率相當,對我們來說也不會有太大的影響。

  • 注4:比如峨眉月比虧凸月亮20%,又比如說月球有點類似于一個角反射器

(來源:科學松鼠會)


中科院物理所 2015-08-23 08:45:57

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