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围绕黑洞旋转的物质会越来越快,为何不见弹弓效应弹出些物质?

时间:2019-01-31 11:00:34 浏览量:
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事实上,在经典科幻电影《星际穿越》中,主角一行人正式通过引力弹弓效应完成了飞船的加速,逃出了黑洞的视界范围。(当然,进入到黑洞视界内理论上是无法逃出黑洞的,电影中这一点有所疏漏)

什么是引力弹弓效应

行星的引力助推作用能够改变飞行器相对于太阳的速度,但由于必须遵守能量守恒定律,所以它和行星间的相对速度并没有改变。在飞行器第一次从远距离接近行星时,产生的运动效果就像该飞行器被行星反弹开了。科学家们称这种情况为弹性碰撞,不过两者之间并没有发生实体接触。

什么是引力弹弓效应围绕黑洞旋转的物质会越来越快,为何不见弹弓效应弹出些物质?

假设你是一个静止的观测者,那么你就会看到:行星以速度U向左运动,飞行器以速度v向右运动。由于两者的运动方向相反,所以当飞行器运行至行星右侧时,其轨道就会发生弯曲,进而以U+v的相对速度(相对于行星表面)运行。当飞行器脱离环行星轨道时,其相对于行星表面的速度仍然为U+v,但是此时的运动方向与原来相反——即向左运动。而由于行星本身正以速度U向左运动,所以在观测者看来,飞行器正以2U+v的速度向左运行——其速度提升幅度为2U,即行星运行速度的两倍。

如果飞行器需要获得更多的加速度,最经济的做法是当其位于行星近拱点时点燃火箭。火箭助推为飞行器提供的加速度总是相同的,但是它引起的动能变化则与飞行器的实时速度成正比。所以为了从火箭助推中获得最大动能,火箭必须在飞行器速度最大时——即处于近拱点时点火。在奥伯特效应中该技术得到了详细阐释。

如何利用引力弹弓效应通过黑洞进行加速

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首先引力弹弓效应原理其实很简单,飞船在黑洞边缘被引力捕捉,绕黑洞加速,先不打开引擎,然后等到速度到达一定程度突然加速,并甩掉一些质量,根据动量守恒,前面的飞船会得到一个很大的正动量从而得以摆脱黑洞的引力,同时也利用了黑洞引力做的功增加了自己的速度。

当然另有说法是如果飞行器接近黑洞的史瓦西半径,它就需要更多的能量才能从这个极度扭曲的空间中逃逸出来,所耗的能量将会多于从黑洞的引力助推中获得的能量。

为什么不见引力弹弓效应弹出一些物质

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道理很简单,黑洞相对于一般的行星,质量非常大,相应的引力非常巨大。如果物质只是单纯的受到黑洞的引力,加速旋转落入黑洞,并没有自主通过一定切线方向加速摆脱黑洞的引力,只会最终落入黑洞视界。

以上是我个人见解,欢迎大家在评论中与我交流讨论。

编辑:时雨
关键词: 黑洞弹弓效应
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