十萬(wàn)個(gè)為什么三篇：為什么連光也逃不出黑洞

十萬(wàn)個(gè)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(shí)間和空間是各種物理現(xiàn)象上演的舞臺(tái)。不過(guò)，這個(gè)舞臺(tái)并不是堅(jiān)硬無(wú)比的。宇宙中的大塊頭可能會(huì)把這個(gè)舞臺(tái)踩壞。 為了顯示時(shí)空舞臺(tái)的彈性，我們能夠把時(shí)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(chǎng)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(zhuǎn)，利用離心力才能確保不掉到地上來(lái)。同時(shí)，要想從地球上發(fā)射宇宙飛船，飛船也得耗費(fèi)好多力氣爬出這個(gè)凹陷的區(qū)域，才能在宇宙空間中暢游。 不過(guò)地球在宇宙中實(shí)在算是個(gè)輕量級(jí)選手。假想有一個(gè)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(tái)，就會(huì)把橡皮膜舞臺(tái)踩出一個(gè)洞，自己也撲通一下掉到洞里。我們把這個(gè)洞叫作黑洞。 站在遠(yuǎn)離黑洞的地球上，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)黑洞把橡皮膜踩得如此彎曲，以至于無(wú)論用多大的速度發(fā)射飛船，也不能從黑洞的邊緣逃出來(lái)。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(lái)，黑洞看起來(lái)好像就是黑的。這就是黑洞名稱(chēng)的由來(lái)。 讀者可能會(huì)好奇，既然黑洞把時(shí)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(shí)空嗎？沒(méi)有人能到黑洞里看一眼，再出來(lái)告訴我們這個(gè)問(wèn)題的答案。不過(guò)根據(jù)理論推測(cè)，黑洞里面確實(shí)是有時(shí)空的。大自然自動(dòng)給踩壞的橡皮膜打了一塊補(bǔ)丁。不過(guò)，不知道大自然是粗心還是故意的，把這塊補(bǔ)丁的方向弄“錯(cuò)”了，以致黑洞里面的時(shí)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(shí)間方向。 因?yàn)楹诙蠢锩鏁r(shí)間和空間調(diào)換了位置，我們外人認(rèn)為的黑洞中心，在黑洞里面的補(bǔ)丁時(shí)空上實(shí)際是未來(lái)。于是，黑洞里面的所有物體，無(wú)論怎么想“往外跑”，都不可避免地掉進(jìn)黑洞中心，因?yàn)檫@里是它們的未來(lái)。這樣，黑洞中心聚集了大量物質(zhì)，密度超過(guò)了已知物理規(guī)律所能描述的密度。在這黑洞中心會(huì)發(fā)生什么，對(duì)我們來(lái)說(shuō)還是一個(gè)謎。 擴(kuò)展閱讀： 【人類(lèi)能利用小行星上的資源嗎】 按照光譜類(lèi)型，小行星可分為C類(lèi)、S類(lèi)、M類(lèi)等。其中，M類(lèi)小行星主要由金屬組成。據(jù)估計(jì)，太陽(yáng)系的小行星中，約有5%是M類(lèi)的，這些小行星富含地球上稀缺的各類(lèi)金屬。例如，第16號(hào)小行星“靈神星”，其直徑約250千米，科學(xué)家通過(guò)觀測(cè)估計(jì)它含有5億億噸鐵、5000萬(wàn)億噸鎳，還有其他多種稀有金屬數(shù)億噸。 過(guò)去，到小行星上去“采礦”僅僅一種幻想，但隨著深空探測(cè)水平的持續(xù)增強(qiáng)，人類(lèi)將具備去小行星采礦的水平。美國(guó)和日本都已發(fā)射了探測(cè)器對(duì)小行星展開(kāi)無(wú)人近距離探測(cè)。美國(guó)正在策劃于2025年對(duì)近地小行星展開(kāi)載人登陸探測(cè)。能夠相信，隨著人類(lèi)深空探測(cè)水平的增強(qiáng)，開(kāi)發(fā)和利用小行星上的豐富資源將不再是幻想。 當(dāng)前，已經(jīng)或計(jì)劃發(fā)射的無(wú)人航天器探測(cè)小行星的方式主要有飛越、繞飛、附著、采樣返回等。飛越探測(cè)是指探測(cè)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(guò)小行星，并對(duì)其實(shí)行光學(xué)成像的探測(cè)。繞飛探測(cè)是指探測(cè)器以環(huán)繞小行星運(yùn)行對(duì)小行星實(shí)行探測(cè)的形式。 對(duì)于一些質(zhì)量較小的小行星，沒(méi)有充足大的引力使探測(cè)器環(huán)繞其飛行，則采取伴飛的形式對(duì)它實(shí)行探測(cè)。附著探測(cè)是指探測(cè)器降落到小行星表面對(duì)其實(shí)行近距離探測(cè)。因?yàn)樾⌒行峭ǔＹ|(zhì)量較小，引力也非常小，探測(cè)器降落在其表面的過(guò)程只能稱(chēng)為“附著”而不能稱(chēng)為“著陸”。采樣返回是指探測(cè)器采集小行星表面的物質(zhì)樣品并將其送回地球的探測(cè)形式。 截至2011年，人類(lèi)已發(fā)射8個(gè)探測(cè)器對(duì)小行星實(shí)行了飛越、繞飛、附著、采樣返回等形式的探測(cè)。其中5次成功，3次仍在飛行途中。早期任務(wù)以飛越為主，后期逐漸過(guò)渡到伴飛、附著和采樣返回。 【為什么人造衛(wèi)星在太空不會(huì)隨意翻滾】 人造衛(wèi)星在太空中飛行，會(huì)受到殘余空氣動(dòng)力、微流星撞擊力、地球扁圓度引起的不均勻引力、太陽(yáng)輻射壓力，以及衛(wèi)星內(nèi)部的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)（如彈簧、發(fā)動(dòng)機(jī)）等干擾力的影響，導(dǎo)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(wù)，在飛行時(shí)對(duì)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(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星上的相機(jī)要始終對(duì)準(zhǔn)地面，太陽(yáng)觀測(cè)衛(wèi)星上的望遠(yuǎn)鏡要一直對(duì)準(zhǔn)太陽(yáng)。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?yàn)楦鞣N干擾，衛(wèi)星在空間的姿態(tài)角和姿態(tài)角速度往往會(huì)偏離設(shè)計(jì)值，這時(shí)就要實(shí)行控制和調(diào)整。 衛(wèi)星的姿態(tài)控制分系統(tǒng)有被動(dòng)和主動(dòng)兩種。其中，被動(dòng)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(dòng)力特性或空間環(huán)境力矩來(lái)提供，主要有自旋穩(wěn)定等方式。主動(dòng)控制系統(tǒng)是根據(jù)姿態(tài)誤差（測(cè)量值與標(biāo)稱(chēng)值之差）形成控制指令，產(chǎn)生控制力矩，實(shí)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(duì)衛(wèi)星實(shí)行三軸穩(wěn)定控制，這種方式被當(dāng)前多數(shù)衛(wèi)星采用。 自旋穩(wěn)定方式是通過(guò)衛(wèi)星繞一個(gè)軸自旋來(lái)保持穩(wěn)定。簡(jiǎn)單地說(shuō)，其原理與旋轉(zhuǎn)的陀螺類(lèi)似：高速旋轉(zhuǎn)能夠保持物體的轉(zhuǎn)軸方向不變。早期的衛(wèi)星大多采用這種簡(jiǎn)單的控制方式。在衛(wèi)星表面沿切線方向?qū)ΨQ(chēng)地裝上小火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，需要時(shí)就點(diǎn)燃小發(fā)動(dòng)機(jī)，產(chǎn)生力矩，使衛(wèi)星旋轉(zhuǎn)起來(lái)，也可由末級(jí)運(yùn)載火箭起旋。高速旋轉(zhuǎn)的衛(wèi)星，其自轉(zhuǎn)軸在空間的指向就會(huì)保持不變。 三軸穩(wěn)定方式是對(duì)衛(wèi)星相互垂直的三個(gè)軸都實(shí)行控制，不允許任何一個(gè)軸產(chǎn)生超出規(guī)定值的轉(zhuǎn)動(dòng)和擺動(dòng)。實(shí)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(jī)構(gòu)三部分。姿態(tài)敏感器有慣性敏感器、地球敏感器、太陽(yáng)敏感器、星敏感器等，用于察覺(jué)和測(cè)量衛(wèi)星的姿態(tài)變化，即衛(wèi)星沿各個(gè)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)角度、轉(zhuǎn)動(dòng)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(lái)的衛(wèi)星姿態(tài)角變化值的信號(hào)，經(jīng)過(guò)一系列比較、處理，產(chǎn)生控制信號(hào)輸送到姿態(tài)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。姿態(tài)執(zhí)行機(jī)構(gòu)則根據(jù)姿態(tài)控制器送來(lái)的控制信號(hào)產(chǎn)生力矩，使衛(wèi)星姿態(tài)恢復(fù)到準(zhǔn)確的位置，常用的執(zhí)行機(jī)構(gòu)有反作用飛輪和推力器。當(dāng)衛(wèi)星的姿態(tài)處于所要求的姿態(tài)時(shí)，飛輪保持勻速旋轉(zhuǎn)；如果衛(wèi)星偏離了某一位置，飛輪加速或減速，產(chǎn)