Признаюсь сразу: мне порядком надоело делать "обзоры" фильмов на ту или иную тему, будь это роботы, машины времени, космос или фантастическое оружие. И дело не в том, что эти темы сами по себе - неинтересны. Мне надоело, что всё, в конечном итоге, сводится с перечислению всеми давно виденных картин, известных и не очень видов техники! Только напишешь, что "Ребята, эта штуковина не будет работать потому, что...", а мне, тут-же: "Правильно! И про чемодан напиши! И не забудь, что зловреды кидали колбасу на вентилятор, а потом грызли борцовские трусы и запивали простоквашей..." Не о том я хочу рассказывать!
В этот раз я попытаюсь рассказать об объекте, который давно стал неотъемлемой частью космических приключений...
Как-то уж сложилось, что с чёрным цветом всегда ассоциируется что-то таинственное, страшное и непостижимое. Вспомним чёрных медуз на планете Железной звезды (И.А. Ефремов, "Туманность Андромеды"), детские пугалки про Чёрную Руку, пиратского Капитана Чёрная Борода... И всё же, весь этот ужас - ничто, по сравнению с тем, что представляет из себя такой объект Вселенной, как любая чёрная дыра...
Казалось бы, что тут страшного? Ну, Дыра и дыра... Главное - не провалиться в неё! Кстати, а что можно увидеть, если заглянуть в эту "дырку?
Что же это такое? Чёрная дыра - это даже не объект, а некая область пространства, где гравитационное притяжение настолько сильное, что ничто, даже свет, не может из неё выбраться. Часто чёрные дыры образуются после гибели массивных звёзд. Когда у неё истощается собственный ядерный топливный запас, она может коллапсировать (сжиматься) под своим гравитационным давлением и превратиться в чёрную дыру. Граница этой области называется горизонтом событий. Черные дыры долгое время считались невидимыми. Но в 2019 году ученые впервые опубликовали снимок черной дыры в центре галактики M87, сверхгигантской эллиптической галактики, расположенной в 53,5 млн световых лет от Земли.
Отметим, что различие яркости фрагментов диска вызвано направлением движения. Помните курс Астрономии? "Красное смещение", эффект Хаббла?
Так, из чего же состоит чёрная дыра? Почему её рисуют как на картинке чуть выше, а иногда - изображают с лучами, делающими похожей на волчок?
Те самые лучи, которые дают сходство с волчком - это джеты. Вообще, их не видно - они светят в рентгеновском диапазоне. Зато, ЧД можно обнаружить, зная это! Правда, для этого понадобится рентгеновский телескоп.
Что касается аккреционных дисков: они располагаются в плоскости наибольшей плотности гравитационного поля и состоят из захваченных из окружающей среды молекул, газов, квантов... У них пока ещё достаточно большая скорость, чтобы не рухнуть на ЧД, но её не хватает, чтобы вырваться из цепких лап гравитации. Малейшее изменение траектории, в конце концов, приведёт к падению на Горизонт событий. Естественно, по ОТО Эйнштейна, время для этих частиц сжато, и бедолаге, попавшему на эту смертельную орбиту, будет казаться, что летит он бесконечно долго... Или, нет?
Для стороннего наблюдателя, время которого идёт, скажем, "по Земным стандартам" - (1 секунда в секунду, изменениями, меньшими 0,1% можно пренебречь), весь этот "полёт" займёт небольшой, но ощутимый срок, скажем,
1 час (понятно, что оно взято "от Балды").
Это явление называется замедлением времени и описывается релятивистской формулой:
t' = t / γ,
где:
t' — время, измеренное движущимся объектом (собственное время),
t — время, измеренное наблюдателем,
γ — фактор Лоренца, который рассчитывается по формуле:
γ = 1 / √(1 - v²/c²),
где v — скорость объекта, а c — скорость света.
Если объект летит час (то есть t = 1 час) и его скорость близка к скорости света (например, 0.99c), то можно подставить значение v в формулу для расчета γ :
γ = 1 / √(1 - (0.99c)²/c²) = 1 / √(1 - 0.9801) = 1 / √(0.0199) ≈ 7.09
Теперь подставим значение γ в формулу для времени:
t' = 1 час / 7.09 ≈ 0.141 часа ≈ 8.5 минут
Вот тебе и бесконечность... А кто-то утверждал, что за это время состариться успеешь. Разве что, кирпичи отложить!
Ладно, с вопросом изменения времени, будем считать, разобрались...
Любая ли звезда может стать ЧД?
- Успокою: далеко не каждая! Чтобы, например, наше Солнце стало чёрной дырой, ему нужно было бы быть тяжелее раз в восемь-десять... Тогда, через миллиарды лет, когда звезда полностью израсходует свои запасы топлива для термоядерной реакции, звезда начинает коллапсировать (очень быстро сжиматься), протоны и электроны начинают сливаться в нейтроны, а звезда сбрасывает свою внешнюю оболочку, и позже вспыхнет сверхновой. Сверхновая - объект очень серьёзный, неоднократно описанный фантастами. Для особо "ревнивых ценителей" - "Гриада" (Александр Колпаков), "Сверхновая Барнарда" (Сергей Битюцкий)...
Вспышка Сверхновой столь ярка, что её может быть видно даже днём! Помните библейскую "Вифлиемскую звезду"? Скорее всего, это была именно Сверхновая! Её следы до сих пор можно отыскать с помощью даже не самого мощного телескопа, правда только в виде "Крабовидной туманности"...
Ладно, Сверхновая своё отработала. Что можно найти на этом месте? Её остаток - нейтронная звезда. Диаметр нейтронной звезды обычно составляет лишь 10-40 км. Большинство нейтронных звёзд являются также и радиопульсарами, то есть начинают излучать в радиодиапазоне, потому что очень быстро крутятся вокруг своей оси (до нескольких тысяч оборотов в секунду), а также имеют очень сильное магнитное поле, а если это магнитное поле еще сильнее, то такую нейтронную звезду будут называть магнетаром). Если масса останется более трёх (и больше) масс солнца, то коллапс продолжится и только тогда образуется чёрная дыра, да и то - не скоро. Впрочем, если поблизости окажется массивный объект, то процесс может ускориться. Как-то мне попадалось сообщение о встрече двух нейтронных звёзд. Думаю, это было нечто феерическое...
Ладно, вернёмся к "фантастическим ляпам":
Итак, первый же фильм о ЧД, ошибки в котором просто выпячиваются - "Интерстеллар". Фильм, в общем-то, хороший, но сколько научных фактов было принесено в жертву режиссёрским хотелкам!
Итак, планета находится довольно близко от горизонта событий. Это, наверное, худший кандидат на планету, куда стоило бы лететь...
Другая проблема - изменение скорости времени. На планете прошёл один час, а на корабле, болтающемся на орбите вокруг неё - 7 лет... "Интересный эффект", однако! Чтобы такой эффект мог иметь место, планета должна уже "сыпаться" в ЧД с невероятной скоростью! Высота орбиты (над планетой) не настолько велика, чтобы различие в скоростях времени проявлялось столь существенно...
Другие странности, которые можно встретить в описаниях встречи с ЧД:
- Замедление времени для падающего в черную дыру наблюдателя бесконечно
- Падающие наблюдатели так и висят где-то недалеко от горизонта — ведь время для них бесконечно замедлилось;
- Можно броситься им вслед и догнать их где-то там у горизонта, сколько бы ни прошло времени;
- Более того, они так никогда и не упадут в черную дыру, ведь для этого нужно бесконечное время;
Более того, можно даже сказать что на самом деле черных дыр не существует, ведь для их формирования нужно бесконечное время...
Все эти выводы растут из первого, неверного, пусть даже и выглядящего так правдоподобно, что в начале ХХ века долго вводил в заблуждение даже профессиональных физиков! Итак, мы имеем набор точек все ближе и ближе к горизонту, и замедление времени при приближении к горизонту стремится к бесконечности, а раз траектория падающего в черную дыру тела проходит через все эти точки, то для него замедление времени стремится к бесконечности! Логично?
А вот и нет!
Замедление времени — это свойство траектории, а не точки пространства. То, что верно для наблюдателя, «подвешенного» на фиксированном расстоянии над горизонтом, неверно для наблюдателя, падающего в черную дыру. Собственно, долгое время даже сам Эйнштейн не мог решить уравнение своей же общей теории относительности для областей внутри горизонта черной дыры - все упиралось в бесконечности на горизонте событий. Прогресс появился, когда вместо точек пространства стали рассматривать систему «дождя», свободно падающего внутрь черной дыры.
Более того, стало ясно то, что позже назвали «No drama» - при пересечении горизонта событий ничего особенного для свободно падающего наблюдателя не происходит — никакой тревожной музыки, странных звуков и зеленоватых и розовых всполохов. Провал под горизонт можно даже не заметить!
А что будет потом?
Если тело не порвёт приливными разрушениями, когда всё вытянется в "спагетти", не расплющит при ударе на околосветовой скорости о сверхплотную поверхность, то... Всё равно - кирдык! Во всяком случае, никаких "кротовых нор"/"червоточин" там не отыщешь! А даже если и отыщешь, даже переберёшься по этому "переходу" на поверхность... другой чёрной дыры, то как выберешься? То-то и оно!
Как говорил неизвестный инженер по технике безопасности: "В жизни всегда есть место для подвига. Главное - держаться от этого места подальше!"
ЧД - именно то место! Не нужно ждать, когда ЧД станет различима невооружённым глазом - тут уже поздно от неё удирать! Гравитационные силы срывают атмосферы не то, что с планет, - со звёзд! Встреча с ЧД не сулит ничего хорошего! Она пожирает всё, до чего дотянулись её "интересы"...
Итак, что же делать, если при работе над Вашим рассказом/романом возникла необходимость описать Чёрную дыру и явления, которые с ней могут быть связаны?
- Прежде всего, определитесь, для чего понадобилось вводить Чёрную дыру? Просто, как дань моде? Хочется поразить читателя космическим масштабом? Без ЧД в рассказе не "склеится" какая-то линия?
- Соберите весь доступный материал по ЧД. Могут пригодиться и рисунки, и статьи (в том числе научные), и видеоролики.
- Не поленитесь разобраться с хотя бы минимальным набором сведений!
Если у Вас совсем уж беда с вычислениями, а с тех пор, как забыли математику - чувствуете значительно лучше, не унывайте! Сейчас у вас появился замечательный помощник - "Чат ГПТ". Тут - главное правильно поставить вопрос!
- Когда будете описывать космические события - старайтесь не погрязнуть в цитировании сухих страниц учебников по Астрономии и Астронавигации. Вы ведь пишете художественное произведение, не забывайте об этом!
Надеюсь, эта статья представляет хотя бы некоторый интерес...
Да здравствует Воображение!
Viva Imaginatia!
При работе над статьёй использовались материалы:
Астробайт. Как, что и когда происходит при слиянии нейтронной звезды и белого карлика
Википедия. Чёрная дыра
Дзен. Нейтронные звёзды, Чёрные дыры, Квазары - уникальные объекты нашей вселенной
Презент5. Чёрные дыры. Презентация
ФантЛаб. Сверхновая
Телеграм-бот "Чат ЖиПиТи 4"
Другие публикации канала - тут
Если хотите ознакомиться с книгами автора канала, жмите здесь
Очень интересный канал с великолепными фотографиями от подписчиков канала ФНВ:
Замечательный канал про фантастику и кино
Узнать о мобильных газгольдерах, их назначении и применении
Случается, что некоторые публикации канала ограничивают в показах. Чтобы вас это не тревожило - не забывайте подписываться!
--------------------
Уважаемый читатель! Если материал понравился, пожалуйста, ставь лайк и подписывайся на канал. Это сейчас особенно актуально для развития канала "ФНВ". Спасибо, что ты с нами!
Буду признателен за комментарии, оставленные прямо здесь ;-)