如果地球不幸撞上黑洞，或者僅僅是與黑洞靠得太近，都將會迎來不可挽回的毀滅。這是一個(gè)極其不可能發(fā)生的情況，但在宇宙的天文學(xué)時(shí)間尺度下，任何情況都有可能發(fā)生。

什么？黑洞撞擊地球？發(fā)生這種事情的可能性很渺茫，但后果卻是毀滅性的。那么，如果黑洞真的撞向地球，會發(fā)生什么呢？我們又應(yīng)當(dāng)如何避免這種情況的發(fā)生？

在宇宙的某個(gè)地方，潛在的末日災(zāi)難可能正等待著我們。雖然夜空中的恒星看起來都固定不變，就如我們的太陽一樣，但它們其實(shí)都同樣受到引力的支配，使我們保持在圍繞銀河系中心的軌道上。每一個(gè)恒星系統(tǒng)都相對太陽在運(yùn)動(dòng)，并且周期性地——大約每百萬年有若干次——會有某個(gè)天體危險(xiǎn)地靠近太陽系。當(dāng)這種情況發(fā)生時(shí)，在太陽系邊緣的奧爾特云中，一些天體可能就會受到擾動(dòng)，導(dǎo)致一大波彗星的出現(xiàn)。

7萬年前，一個(gè)名為舒爾茨星的聯(lián)星系統(tǒng)穿過了太陽系的奧爾特云，該系統(tǒng)正處在其核心氫聚變點(diǎn)燃的邊緣。然而，與圖中不同的是，當(dāng)時(shí)它并不可能被人類的肉眼看到。如今，舒爾茨星距離地球約20光年。據(jù)目前所知，沒有任何黑洞比它更靠近地球。

這是最可能出現(xiàn)的情況，但更糟糕的結(jié)果也可能隨之而來。恒星可能會穿過太陽系，影響各大行星的軌道。其他天體，如黑洞、中子星、白矮星和流浪行星等，也可能出現(xiàn)同樣的情況，像玩宇宙臺球游戲一樣撞擊周圍的物體。在最壞的情況下，我們甚至可以想象一個(gè)黑洞撞擊地球的場景。在任何時(shí)候，這種事情發(fā)生的幾率可能都極其渺茫，但在天文學(xué)的時(shí)間尺度下，宇宙有無數(shù)的機(jī)會制造這樣的災(zāi)難。

銀河系及其周圍天空中恒星密度的示意圖，可以明顯看到銀河系和大、小麥哲倫星云。更細(xì)看的話，還可以看到球狀星團(tuán)杜鵑座47（NGC 104）位于小麥哲倫星云左側(cè)，武仙座球狀星團(tuán)（NGC 6205）位于銀河系核心左側(cè)略偏上的位置，略偏下的則是NGC 7078?？偟膩碚f，銀河系在其圓盤范圍內(nèi)包含了大約2000至4000億顆恒星。

地球被黑洞撞上的幾率有多大？

讓我們先從一些樂觀的事情開始：盡管宇宙中存在大量的黑洞，包括我們所處的銀河系中心也存在一個(gè)超大質(zhì)量黑洞，但黑洞撞擊地球的幾率是非常小的。據(jù)估計(jì)，銀河系中約有4000億顆恒星，盡管單個(gè)恒星本身的體積很大，但與之相比，恒星之間的距離更加巨大，甚至與恒星系統(tǒng)的大小相比也是如此。

像太陽這樣的恒星，其直徑約為140萬公里，而地球繞太陽公轉(zhuǎn)的距離約為1.5億公里（這一距離被定義為一個(gè)天文單位，簡稱A.U。），約為太陽直徑的100倍。在海王星軌道之外的柯伊伯帶，距離太陽約40至50個(gè)天文單位；至于奧爾特云，又比柯伊伯帶更加遙遠(yuǎn)，距離太陽最遠(yuǎn)至10萬天文單位（約2光年）。

這張圖顯示了銀河系中的恒星可能經(jīng)過太陽一定距離內(nèi)的概率。這是一個(gè)雙對數(shù)坐標(biāo)圖，y軸是距離，x軸是事件發(fā)生所需的時(shí)間。

相比之下，我們與最近的恒星比鄰星的距離略大于4.2光年。光年是用來描述恒星之間距離的常用單位。利用歐洲空間局的蓋亞（Gaia）空間望遠(yuǎn)鏡，天文學(xué)家對銀河系中恒星的數(shù)量及其在銀河系中的分布情況有了相當(dāng)詳細(xì)的了解，我們也由此得知了許多關(guān)于鄰近宇宙的奇妙事實(shí)，例如：

（1）鄰近宇宙中的恒星相對于我們的運(yùn)動(dòng)速度通常為20千米/秒，約為我們繞銀河系中心運(yùn)行速度的10%；

（2）在我們與銀河系中心的距離上，幾乎所有的恒星都以橢圓軌道運(yùn)行，而且這些橢圓軌道非常接近圓形；

（3）此外，幾乎所有的恒星都在離我們較遠(yuǎn)的星系盤上運(yùn)行；在中央凸出部分或較大的球狀銀暈中，卻很少有恒星；

（4）這些恒星中，有大約一半屬于多恒星系統(tǒng)，另一半則與我們的太陽系類似：只存在一顆孤零零的恒星。

大質(zhì)量恒星整個(gè)生命周期的示意圖。最終在核心的核燃料耗盡時(shí)，會形成II型超新星。核聚變的最后階段是典型的硅燃燒，在超新星爆發(fā)前的短暫時(shí)間內(nèi)，核內(nèi)會產(chǎn)生鐵和類鐵元素。如果恒星的內(nèi)核質(zhì)量足夠大，內(nèi)核坍縮時(shí)就會產(chǎn)生黑洞。

做一下數(shù)學(xué)計(jì)算，我們就能得出一顆恒星到達(dá)太陽一定距離內(nèi)的平均時(shí)間。結(jié)果很有趣，但并不可怕。我們的太陽系已經(jīng)存在了大約45億年，每隔幾十萬年，就會有一顆足以影響奧爾特云的恒星靠近太陽系。最近一顆這樣的恒星是舒爾茨星，在大約7萬年前近距離掠過太陽系，穿過了奧爾特云。

然而，任何恒星都不太可能靠近到足以使太陽系中其他大型天體偏離軌道的程度。在地球存在的整個(gè)歷史中，我們與另一顆恒星最接近的距離預(yù)計(jì)大約是500天文單位，或者說相當(dāng)于太陽到冥王星距離的10倍。對于整個(gè)太陽系的歷史，則

（1）出現(xiàn)一顆足以擾動(dòng)柯伊伯帶的恒星的幾率約為1%；

（2）出現(xiàn)一顆足以擾動(dòng)木星或土星的恒星的幾率約為0.01%；

（3）出現(xiàn)一顆足夠靠近地球，能對地球產(chǎn)生引力干擾的恒星的幾率約為0.0001%，即百萬分之一；

（4）出現(xiàn)一顆與地球發(fā)生碰撞的恒星的幾率只有0.000001%，即1億分之一。

黑洞的質(zhì)量范圍，包括通過引力波探測到的合并事件（藍(lán)色）和X射線觀測（洋紅色）所獲得的結(jié)果。絕大多數(shù)黑洞都處于20倍太陽質(zhì)量以上的范圍，但在低于5倍太陽質(zhì)量的區(qū)間，黑洞的數(shù)量就很少。

考慮到太陽系中的行星，以及柯伊伯帶似乎從誕生之初——約45億年前——到現(xiàn)在都沒有受到這樣的擾動(dòng)，這些概率值似乎還算可信。對地球最大的威脅來自一顆路過的恒星，它穿過了奧爾特云，受到擾動(dòng)的彗星——潛在的行星殺手——估計(jì)需要200萬年時(shí)間才會進(jìn)入內(nèi)太陽系。不過，幾乎可以肯定的是，在遙遠(yuǎn)的未來，銀河系中天體的“引力之舞”最終將導(dǎo)致恒星系統(tǒng)中大多數(shù)行星被拋射出去。

這張潮汐破壞事件（tidal disruption event，簡稱TDE）的示意圖顯示了一個(gè)巨大天體的命運(yùn)，由于太接近一個(gè)黑洞，它在一維空間中被拉伸和壓縮，進(jìn)而被撕碎，其物質(zhì)被加速，然后被交替吞噬和噴射出來。

那么，黑洞呢？

必須強(qiáng)調(diào)的一點(diǎn)是，所有關(guān)于恒星的討論并不只是為了好玩，而是在為我們討論黑洞奠定必要的基礎(chǔ)。當(dāng)然，黑洞很難被探測到，因?yàn)樗鼈儾粫l(fā)光，但它們背后的物理原理以及它們在星系中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和恒星是一樣的。原因很簡單：宇宙中，尤其是銀河系中我們所在的部分，幾乎每一個(gè)黑洞都是誕生于一顆原本已經(jīng)存在的恒星。

當(dāng)然，確實(shí)存在一些超大質(zhì)量黑洞，但它們大多只存在于星系的中心，距離我們有幾萬光年遠(yuǎn)。另一方面，對于原始黑洞，目前還沒有任何相關(guān)的觀測證據(jù)。也許原始黑洞的數(shù)量更多，質(zhì)量更小，但在理論上有一些嚴(yán)重的問題阻礙了它們的存在。

在一個(gè)黑洞與地球相撞的過程中，我們不會從黑洞本身得到任何預(yù)警信號，但它會扭曲來自背景天體的光，進(jìn)而向我們揭示它的存在。

因此，宇宙中兩種最常見的黑洞形成方式便是，要么有一顆足夠巨大的恒星，其核心坍縮形成一個(gè)黑洞；要么由兩顆中子星碰撞、合并，達(dá)到某些質(zhì)量閾值，進(jìn)而形成一個(gè)黑洞。

在理解了這一點(diǎn)之后，我們就可以估算出黑洞相對于恒星的數(shù)量。在所有曾經(jīng)形成的恒星中，大約0.12%的恒星，或者說大約800顆恒星中，會有一顆質(zhì)量足夠大的恒星，當(dāng)它結(jié)束生命周期時(shí)，將產(chǎn)生一個(gè)恒星質(zhì)量黑洞：質(zhì)量大于3倍太陽質(zhì)量，但至多不超過幾百倍太陽質(zhì)量。有些人認(rèn)為，中子星的合并——已被激光干涉引力波探測器如LIGO和Virgo探測到——可能也會產(chǎn)生與大質(zhì)量恒星同樣多的黑洞，盡管處于較低的質(zhì)量范圍。

這意味著，以最樂觀的情況估計(jì)，現(xiàn)在有大約10億個(gè)黑洞在銀河系中運(yùn)行，相比之下，恒星的數(shù)量約為4000億顆。這是一個(gè)令人難以置信的黑洞數(shù)量，但即使是在天文學(xué)的時(shí)間尺度下，地球與黑洞相互作用的幾率仍然是極低的。事實(shí)上，如果我們只考慮一個(gè)黑洞與地球碰撞的情況，概率是極小的：在地球歷史中約為400億分之一；相當(dāng)于每年10^20分之一，與連續(xù)三次贏得樂透大獎(jiǎng)的概率差不多。

當(dāng)一個(gè)微引力透鏡事件發(fā)生時(shí)，隨著中間質(zhì)量穿過或接近恒星的視線，來自背景恒星的光會被扭曲和放大。引力的作用使光和我們眼睛之間的空間發(fā)生了彎曲，從而產(chǎn)生一種特殊的信號，揭示行星、黑洞或其他大質(zhì)量物體的質(zhì)量和速度。

碰撞并不是唯一的威脅

當(dāng)然，黑洞并不需要與地球相撞才能構(gòu)成威脅。如果距離地球足夠近，黑洞就可以：

（1）通過引力作用破壞地球的軌道；

（2）把地球完全逐出太陽系；

（3）甚至?xí)窭兑獯罄鏃l一樣，通過潮汐力將地球徹底粉碎。

這些都是需要提防的情況，但幸運(yùn)的是，黑洞必須足夠接近才會引起這些問題。換句話說，黑洞必須離地球足夠近，才能產(chǎn)生與太陽相當(dāng)?shù)囊?。請記住，引力隨著距離的平方而減小。即使一個(gè)黑洞的質(zhì)量是太陽的100倍——比銀河系中99%的黑洞的質(zhì)量還要大——也要在距離地球10個(gè)天文單位的范圍內(nèi)，才能在引力方面與太陽媲美。這種情況的風(fēng)險(xiǎn)相對更高一些，因?yàn)樵谔栂档臍v史上，這種情況發(fā)生的幾率約為4億分之一，是被黑洞直接撞擊的幾率的100倍。其他兩種情況——被拋射出去或“意大利面化”——的幾率，介于這兩個(gè)估計(jì)值之間。

我們能否知道危險(xiǎn)的來臨？

你可能會覺得，如果一顆恒星即將進(jìn)入太陽系，給我們帶來重大的宇宙“改造”，那至少我們會提前發(fā)現(xiàn)它的到來。但是，有沒有辦法得到黑洞即將到來的警告呢？

答案是肯定的。黑洞或許不會發(fā)光，但它們的引力無疑和任何質(zhì)量相同的物體一樣強(qiáng)大。此外，由于黑洞不會像恒星一樣占據(jù)巨大的體積，而是坍縮成非常小的空間區(qū)域，隱藏在微小的事件視界之后，因此相對于我們的視角，黑洞會強(qiáng)烈地扭曲其背后物體所發(fā)出的光。這意味著我們可以有三種方法來探測離地球足夠近的黑洞：

（1）黑洞可能會導(dǎo)致強(qiáng)烈的引力透鏡效應(yīng)，在這種效應(yīng)下，同一視線附近的背景物體發(fā)出的光會以一種較易識別的方式彎曲、拉伸和扭曲；

（2）黑洞可能會導(dǎo)致較弱的引力透鏡效應(yīng)，在這種情況下，較遠(yuǎn)的背景物體的表面形狀會以一種自然不會發(fā)生的方式扭曲；

（3）黑洞可能會導(dǎo)致微引力透鏡效應(yīng)，即經(jīng)過的黑洞不會遮擋背景恒星，而是會放大其光線，并導(dǎo)致出現(xiàn)短暫但劇烈變亮的情況；可以說，即使是看不見的物體，這也是一個(gè)很明顯的特征。

我們有什么辦法自救嗎？

在很大程度上，我們的存在本身就已經(jīng)是宇宙中非常難得一見的奇跡。生命在地球上的誕生和繁榮，幾乎可以算是中了宇宙的“頭彩”。那么，如果我們發(fā)現(xiàn)一個(gè)黑洞正朝地球直沖而來，我們應(yīng)該怎么做呢？盡管概率很低，但這在天文學(xué)上是可能的，考慮到銀河系中有4000億顆恒星，意味著在地球存在的歷史中，有4億分之一的概率會有一個(gè)黑洞闖入太陽系。

不幸的是，對于這種可能，唯一的選擇將是放棄并離開地球。我們不能只移動(dòng)地球，而是必須移動(dòng)整個(gè)太陽系才能避開黑洞，而唯一能讓太陽系進(jìn)行這般移動(dòng)的，只能是與另一個(gè)大質(zhì)量物體的引力相互作用。換句話說，唯一能把我們從黑洞來襲中拯救出來的，就是我們一直在努力避免的情況：嚴(yán)重?cái)_亂太陽系行星軌道的引力作用。如果黑洞真的要撞上地球，我們唯一明智的做法是要么放棄地球，要么聽任自己與這顆擁有數(shù)十億年生命歷史的星球一起被黑洞吞噬。

本文來自“新浪科技”，作者：任天，36氪經(jīng)授權(quán)發(fā)布。

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