Co by było, gdyby Słońce zastąpiła czarna dziura?

Czarne dziury nie mają lekko: ciągle się je oskarża o rzeczy, których nie robią, ale które fajnie wyglądają na clickbaitowych nagłówkach: że są czarne jak najczarniejsza czarność, że pochłaniają wszystko, co się pojawi w ich otoczeniu, że mogą powstać z dowolnej gwiazdy (więc nie znamy dnia ani godziny), że wpadnięcie poza horyzont zdarzeń zrobi z nas spaghetti, albo że Wielki Zderzacz Hadronów wyprodukuje minidziurę, która wessie Ziemię i cały nasz układ słoneczny. Zajmiemy się tymi mitami w którymś kolejnym wpisie – a teraz zróbmy eksperyment myślowy i zastąpmy Słońce czarną dziurą!

Zacznijmy od najprostszego scenariusza: Słońce znienacka staje się czarną dziurą. W tej sytuacji nasz układ słoneczny w zasadzie by się nie zmienił (pamiętamy, że „zasysanie otoczenia” to mit), ale po ośmiu minutach Ziemia utonęłaby w wiecznym mroku i zimnie. Życie na powierzchni stałoby się niemożliwe, a po pewnym czasie doszłoby do nieodwracalnych zmian również we wnętrzu planet i księżyców, które uległyby wychłodzeniu w szybkim tempie. Na Ziemi powierzchnia oceanów zamarzłaby już po dwóch miesiącach, choć całkowita zamiana oceanów w lód potrwałaby jeszcze co najmniej tysiąc lat, a nawet dłużej – jednak w temperaturze -200 do -270 stopni Celsjusza nic nie przetrwa.

Gdyby jednak czarna dziura o masie naszego słońca „nadleciała z kosmosu”, spowodowałaby niezłe zamieszanie: przed wszystkim, lecąc od zewnątrz, zaburzyłaby bardzo szybko układ planet, rozrywając po drodze większość naszego układu słonecznego (silna grawitacja), ale niekoniecznie go pochłaniając. Planety mogłyby też „wystrzelić” z kosmicznej procy: tej zasady używamy obecnie do oszczędzania paliwa statków kosmicznych wynoszących sondy na dalekie planety, orbity lub poza układ słoneczny. Czas na małą dygresję, która pokaże nam, jak działa taka siła:

Czym jest gravitational slingshot, czyli gravity assist maneuver?

Asysta grawitacyjna polega na zmianie prędkości (i kierunku ruchu) statku poprzez oddziaływanie grawitacyjne dużego obiektu (planety, księżyca, gwiazdy). Metoda ta została opracowana przez Rosjan w Instytucie Matematyki im. Stiekłowa w Moskwie i bez niej w zasadzie nie bylibyśmy w stanie eksplorować kosmosu, bo chodzi nie tylko o przyspieszanie, ale też… zwalnianie. Zrozumienie oddziaływania Słońca na przykład pozwala nam skuteczniej wysyłać sondy na Merkurego, bo jak łatwo zgadnąć, ogromna siła grawitacji ściąga i przyspiesza statki kosmiczne tak, że bez odpowiednich manewrów nie dałoby się wejść na orbitę planety.

Przyjrzyjmy się sondzie MESSENGER.

Grafika przedstawiająca wizję artystyczną sondy MESSENGER. Źródło: NASA. Domena publiczna.

Merkury wydaje się być względnie blisko Ziemi, a jednak podróż sondy MESSENGER trwała… sześć lat. Dlaczego? Gdyby puścić sondę prosto, nie byłaby ona w stanie pokonać grawitacji Słońca, minęłaby się z celem – a próba hamowania silnikiem zużyłaby całe paliwo. Z tego powodu sonda musiała zawracać niejako, zahaczając o Ziemię, Wenus, kilka razy mijając też Merkurego z daleka. Pierwsza asysta grawitacyjna w kierunku Merkurego należy jednak do sondy Mariner 10 (1974 r.).

Podobnie sprawa ma się w przypadku podróży w stronę krańców naszego układu słonecznego: o ile na Marsa czy Wenus (nie Wenusa!) możemy lecieć, stosując manewr Hohmanna (Hohmann transfer), to na dalsze odległości nie jesteśmy w stanie zabierać tyle paliwa, które pozwalałoby na przyspieszanie silnikiem (czyli odwrotnie niż w kierunku Merkurego, gdzie hamowanie silnikiem żarłoby paliwo). Grawitacja planety pozwala nadać statkom kosmicznym przyspieszenie, a odpowiednia trajektoria lotu wygląda tak, jakby statek został w pewnym momencie wystrzelony z procy (stąd angielska nazwa slingshot maneuver).

Jeśli śledziliście lot sondy Cassini-Huygens, mogliście zauważyć, że w pewnym momencie poleciała „w złą stronę”, kierując się ku… Wenus.

Trajektoria lotu sondy Cassini-Huygens. Źródło: ESA. Domena publiczna.

Sonda nabrała rozpędu, przelatując dwa razy w pobliżu Wenus, następnie Ziemi, skąd została „wystrzelona” w kierunku Jowisza i Saturna. Przedłużyło to jej lot o pół roku względem bezpośredniego jej wystrzelenia manewrem Hohmanna, ale pozwoliło na ogromne oszczędności paliwa, co było niezwykle ważne ze względu na masę sondy, lecącego na doczepkę robota Huygens, a także planowaną długość misji. Dzięki temu możemy cieszyć oczy tak pięknymi zdjęciami, jak te:

7 thoughts on “Co by było, gdyby Słońce zastąpiła czarna dziura?

  1. A co z wewnętrznym ciepłem Ziemi? Dałoby się względnie szybko wkopać w pobliżu jakiejś żyły magmy? Na pewno to też by wystygło, ale pewnie dałoby się przedłużyć trochę agonię?

    • Wewnętrzne ciepło Ziemi nie zależy od dogrzewania przez Słońce. Oczywiście skorupa planety stopniowo by stygła, ale bakterie chemotroficzne w szczelinach skał, na głębokości kilku kilometrów, pociągnęłyby jeszcze długo.

      1
    • Tak, pod powierzchnią ciepło by się utrzymywało, ale planeta, jak Mars, szybciej by stygła, pole magnetyczne z czasem by się wytracało, czyli stracilibyśmy kożuszek z atmosfery. Oczywiście wnętrze Ziemi jest też “rozgrzewane” grawitacją i ruchami pływowymi, to by się nie zmieniło.

      1
  2. Może coś mi umyka ale jakoś nie mogę zrozumiec zysku energetycznego przy tym hamowaniu/przyspieszaniu grawitacyjnym. Jeżeli sonda przylatuja spoza sił oddziaływania grawitacyjnego to przyspiesza, zgodnie z grawitacja. Tym mocniej im bliżej ciała niebieskiego. Ale jak juz to cialo minie to zaczyna zwalniac. Siła hamująca będzie na początku większa, potem się będzie zmniejszać aż zaniknie. I wtedy predkość sondy będzie dokładnie taka sama jak w momencie wejscia w zasięgo pola grawitacyjnego, czyli predkość się nie zmieni. Rozumiem że w taki sposób mozna zmienić kierunek, ale prędkość? Tak czy siak trzeba uzyć silników. No chyba że coś mi umknęło.
    Tak czy siak – niezłe artykuly piszecie.

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany. Wymagane pola są oznaczone *