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在电影中,在库珀一行人发现米勒星球是不毛之地后,阿梅莉亚·布兰德争辩接下来要探索的星球应该是距离卡冈都亚更为遥远的埃德蒙兹星球,而非距离更近的曼恩星球。“事故是进化途中的第一步,”她告诉库珀,“但如果你绕着黑洞转,就遇不上那么多事故,因为它把小行星、彗星和其他本来你要碰到的事故都给吸走了。我们需要走得更靠外些。”
这是整部电影中少有的一个由角色犯下的科学错误。克里斯托弗·诺兰早知道布兰德的论证是错误的,但他选择保留乔纳剧本草稿中的这一段话。毕竟,科学家的判断力也绝非完美。
尽管卡冈都亚总是试图把小行星和彗星吸进来——其实行星、恒星和小型黑洞也是这样,但实际上成功的却很少。这是为什么呢?
除了那些轨道几乎笔直地指向黑洞的天体之外,绝大部分距离卡冈都亚很远的天体都有很大的角动量[1]。无论天体沿着轨道靠近黑洞到什么样的程度,这么大的角动量产生的离心力总能够轻易地摆脱卡冈都亚的引力。
图9-1是一个典型的轨道形式。天体在卡冈都亚强大的引力拉拽下向内运行,但在它到达视界面之前,离心力会变得更强,强到足以把它再甩出去。这一过程几乎无止尽地反复发生着。
能够阻断这一过程的唯一可能是与其他大质量的天体(一个小型黑洞、恒星或者行星)产生交会。这个天体会在其他天体的扰动下沿着弹弓弹射的轨迹(见第6章)被抛入一个新轨道,而这个围绕卡冈都亚的新轨道会拥有新的角动量。与原来的轨道类似,新轨道的角动量通常也很大,所以离心力还是能够保护天体不被吸入卡冈都亚。在极为罕见的情况下,天体在新轨道上会几乎径直地冲向卡冈都亚——它的角动量太小,不足以产生足够的离心力,所以只有这样的天体才会被拉入卡冈都亚的视界之内。
天体物理学家们运行了一个数值模拟,来计算类似于卡冈都亚这样的巨型黑洞周围数百万颗恒星的实时轨道。引力弹弓效应会逐渐地改变所有轨道,进而改变恒星的数密度(在特定的体积内恒星的数量)。结果,卡冈都亚附近的恒星数密度并没有下降,反而增加了。而且,小行星和彗星的数密度也是增加的。与小行星和彗星发生随机碰撞也变得更加频繁,而非更少。卡冈都亚附近的环境对于个体生命形式(包括人类)来说,变得越来越危险,进化提升得也越来越快(只要能有足够多的个体存活下来)。
引自史蒂夫·德雷斯克的模拟
图9-1 绕行类似于卡冈都亚这样快速自旋黑洞的天体的典型轨道
在审视了卡冈都亚和它危险的环境之后,让我们转换一下讨论方向,回到地球和太阳系,回到地上的灾难和经由星际旅行来逃脱这些灾难的极端挑战上来。
[1] 角动量(angular momentum):等于天体的角向速度乘以它到卡冈都亚的距离。这个物理量非常重要,因为无论轨道多么复杂,沿着轨道,它都是一个常数。