十萬個為什么三篇：為什么連光也逃不出黑洞

十萬個為什么三篇：為什么連光也逃不出黑洞 【為什么連光也逃不出黑洞】 時間和空間是各種物理現(xiàn)象上演的舞臺。不過，這個舞臺并不是堅硬無比的。宇宙中的大塊頭可能會把這個舞臺踩壞。 為了顯示時空舞臺的彈性，我們能夠把時空中的空間截面想象成一張橡皮膜。宇宙中的各種物體，比如地球、月亮，都是踩在橡皮膜上的舞蹈演員。地球登場后，把橡皮膜踩得陷了下去。所以地球旁邊的月亮需要繞地球旋轉，利用離心力才能確保不掉到地上來。同時，要想從地球上發(fā)射宇宙飛船，飛船也得耗費好多力氣爬出這個凹陷的區(qū)域，才能在宇宙空間中暢游。 不過地球在宇宙中實在算是個輕量級選手。假想有一個和地球一樣大的家伙，密度卻是地球的8億倍。這樣的演員一上臺，就會把橡皮膜舞臺踩出一個洞，自己也撲通一下掉到洞里。我們把這個洞叫作黑洞。 站在遠離黑洞的地球上，我們會發(fā)現(xiàn)黑洞把橡皮膜踩得如此彎曲，以至于無論用多大的速度發(fā)射飛船，也不能從黑洞的邊緣逃出來。就算是宇宙中跑得最快的光，也不能逃出黑洞。既然光不能逃出來，黑洞看起來好像就是黑的。這就是黑洞名稱的由來。 讀者可能會好奇，既然黑洞把時空橡皮膜踩壞了，那么壞掉的區(qū)域是什么樣子的呢？黑洞“里面”有時空嗎？沒有人能到黑洞里看一眼，再出來告訴我們這個問題的答案。不過根據(jù)理論推測，黑洞里面確實是有時空的。大自然自動給踩壞的橡皮膜打了一塊補丁。不過，不知道大自然是粗心還是故意的，把這塊補丁的方向弄“錯”了，以致黑洞里面的時間方向是我們的（沿著黑洞半徑方向的）空間方向，我們眼中黑洞中心到表面的空間方向則變成了黑洞里面的時間方向。 因為黑洞里面時間和空間調(diào)換了位置，我們外人認為的黑洞中心，在黑洞里面的補丁時空上實際是未來。于是，黑洞里面的所有物體，無論怎么想“往外跑”，都不可避免地掉進黑洞中心，因為這里是它們的未來。這樣，黑洞中心聚集了大量物質，密度超過了已知物理規(guī)律所能描述的密度。在這黑洞中心會發(fā)生什么，對我們來說還是一個謎。 擴展閱讀： 【人類能利用小行星上的資源嗎】 按照光譜類型，小行星可分為C類、S類、M類等。其中，M類小行星主要由金屬組成。據(jù)估計，太陽系的小行星中，約有5%是M類的，這些小行星富含地球上稀缺的各類金屬。例如，第16號小行星“靈神星”，其直徑約250千米，科學家通過觀測估計它含有5億億噸鐵、5000萬億噸鎳，還有其他多種稀有金屬數(shù)億噸。 過去，到小行星上去“采礦”僅僅一種幻想，但隨著深空探測水平的持續(xù)增強，人類將具備去小行星采礦的水平。美國和日本都已發(fā)射了探測器對小行星展開無人近距離探測。美國正在策劃于2025年對近地小行星展開載人登陸探測。能夠相信，隨著人類深空探測水平的增強，開發(fā)和利用小行星上的豐富資源將不再是幻想。 當前，已經(jīng)或計劃發(fā)射的無人航天器探測小行星的方式主要有飛越、繞飛、附著、采樣返回等。飛越探測是指探測器以較大速度（通常大于1千米/秒）近距離（數(shù)千米至數(shù)千千米）掠過小行星，并對其實行光學成像的探測。繞飛探測是指探測器以環(huán)繞小行星運行對小行星實行探測的形式。 對于一些質量較小的小行星，沒有充足大的引力使探測器環(huán)繞其飛行，則采取伴飛的形式對它實行探測。附著探測是指探測器降落到小行星表面對其實行近距離探測。因為小行星通常質量較小，引力也非常小，探測器降落在其表面的過程只能稱為“附著”而不能稱為“著陸”。采樣返回是指探測器采集小行星表面的物質樣品并將其送回地球的探測形式。 截至2011年，人類已發(fā)射8個探測器對小行星實行了飛越、繞飛、附著、采樣返回等形式的探測。其中5次成功，3次仍在飛行途中。早期任務以飛越為主，后期逐漸過渡到伴飛、附著和采樣返回。 【為什么人造衛(wèi)星在太空不會隨意翻滾】 人造衛(wèi)星在太空中飛行，會受到殘余空氣動力、微流星撞擊力、地球扁圓度引起的不均勻引力、太陽輻射壓力，以及衛(wèi)星內(nèi)部的運動機構（如彈簧、發(fā)動機）等干擾力的影響，導致衛(wèi)星的姿態(tài)甚至軌道發(fā)生變化。另外，每種衛(wèi)星都有自己特定的任務，在飛行時對它的飛行姿態(tài)都有一定的要求。比如，通信衛(wèi)星上的拋物面天線和對地觀測衛(wèi)星上的相機要始終對準地面，太陽觀測衛(wèi)星上的望遠鏡要一直對準太陽。為此，衛(wèi)星上裝有姿態(tài)控制和軌道控制分系統(tǒng)。 所謂衛(wèi)星的姿態(tài)控制就是控制衛(wèi)星的飛行姿態(tài)，保持姿態(tài)軸的穩(wěn)定，并根據(jù)需要改變姿態(tài)軸的方向。因為各種干擾，衛(wèi)星在空間的姿態(tài)角和姿態(tài)角速度往往會偏離設計值，這時就要實行控制和調(diào)整。 衛(wèi)星的姿態(tài)控制分系統(tǒng)有被動和主動兩種。其中，被動控制系統(tǒng)的控制力不需要消耗衛(wèi)星上的能源，而是用衛(wèi)星的動力特性或空間環(huán)境力矩來提供，主要有自旋穩(wěn)定等方式。主動控制系統(tǒng)是根據(jù)姿態(tài)誤差（測量值與標稱值之差）形成控制指令，產(chǎn)生控制力矩，實現(xiàn)姿態(tài)控制。它主要采取飛輪控制和噴氣控制等方式，可對衛(wèi)星實行三軸穩(wěn)定控制，這種方式被當前多數(shù)衛(wèi)星采用。 自旋穩(wěn)定方式是通過衛(wèi)星繞一個軸自旋來保持穩(wěn)定。簡單地說，其原理與旋轉的陀螺類似：高速旋轉能夠保持物體的轉軸方向不變。早期的衛(wèi)星大多采用這種簡單的控制方式。在衛(wèi)星表面沿切線方向對稱地裝上小火箭發(fā)動機，需要時就點燃小發(fā)動機，產(chǎn)生力矩，使衛(wèi)星旋轉起來，也可由末級運載火箭起旋。高速旋轉的衛(wèi)星，其自轉軸在空間的指向就會保持不變。 三軸穩(wěn)定方式是對衛(wèi)星相互垂直的三個軸都實行控制，不允許任何一個軸產(chǎn)生超出規(guī)定值的轉動和擺動。實現(xiàn)衛(wèi)星三軸姿態(tài)控制的系統(tǒng)一般包括姿態(tài)敏感器、姿態(tài)控制器和姿態(tài)執(zhí)行機構三部分。姿態(tài)敏感器有慣性敏感器、地球敏感器、太陽敏感器、星敏感器等，用于察覺和測量衛(wèi)星的姿態(tài)變化，即衛(wèi)星沿各個軸的轉動角度、轉動角速度有多大，是否超出規(guī)定的范圍。 姿態(tài)控制器用于把姿態(tài)敏感器送來的衛(wèi)星姿態(tài)角變化值的信號，經(jīng)過一系列比較、處理，產(chǎn)生控制信號輸送到姿態(tài)執(zhí)行機構。姿態(tài)執(zhí)行機構則根據(jù)姿態(tài)控制器送來的控制信號產(chǎn)生力矩，使衛(wèi)星姿態(tài)恢復到準確的位置，常用的執(zhí)行機構有反作用飛輪和推力器。當衛(wèi)星的姿態(tài)處于所要求的姿態(tài)時，飛輪保持勻速旋轉；如果衛(wèi)星偏離了某一位置，飛輪加速或減速，產(chǎn)