到月球上觅黑洞的弹坑

发布时间：2023-10-17 12:58:39 所属栏目：外闻来源：

导读：一类历史悠久的黑洞也许砸透过月球，并在月面留下迄今仍然可辨别的“伤痕”。

如果你有机会登上月球，你最想找的是什么呢?我们的“玉兔二号”月球车?第一位踏上月球的宇航员阿姆斯特朗留下的

一类历史悠久的黑洞也许砸透过月球，并在月面留下迄今仍然可辨别的“伤痕”。

如果你有机会登上月球，你最想找的是什么呢?我们的“玉兔二号”月球车?第一位踏上月球的宇航员阿姆斯特朗留下的脚印……换成我，我最想找的是黑洞砸穿月球可能留下的弹坑。要是被我找到了，那可是个诺贝尔奖量级的发现哦。

什么!月球上还掉下过黑洞?如果真有这回事，月球乃至我们的地球，岂不早就被黑洞吞噬了吗?

注意，我这里说的黑洞，不是超大质量的黑洞，也不是恒星量级的黑洞，而是黑洞家族里的“小不点”，可能只有一个原子大小。这么小的黑洞，没法把整个月球吞下去，只能把月球砸出一条隧道，然后自己穿过去。

黑洞家族的新成员这种黑洞叫原始黑洞。

原始黑洞的想法是1970年代由霍金提出来的。那个时候，天文学家已经知道宇宙中存在两类黑洞，一类是盘踞在星系中心的超大质量黑洞，另一类是恒星到了生命的晚期，通过超新星爆发坍塌而成的恒星量级黑洞。但是霍金认为，还应该存在第三类黑洞，这类黑洞非常古老，诞生于宇宙早期。因为大爆炸之后不久，空间的物质密度是如此大，只要某个地方随着涨落(涨落是任何情况下都不可避免的)，密度变得再大一点，那里的物质就会因密度过大而坍塌成黑洞。这跟恒星在超新星爆发时，核心密度变大，一旦超越某个界限，就坍塌成黑洞是一个道理——只是这种原始黑洞没经过恒星阶段，是由原始物质直接坍塌而成的。

近几年来，原始黑洞(那些质量较大，可能存在至今的)又成了香饽饽。它被视为长期困扰天文学家的一些问题的可能答案。

例如，一些人认为，1908年发生在西伯利亚的著名通古斯爆炸事件，肇事者可能是一个原始黑洞，而不是一颗彗星。另一个想法是，设想中的太阳系第九大行星——难以捉摸的“行星九”，可能不是一颗行星，而是一个原始黑洞。此外，原始黑洞还被用来解释欧洲航天局的盖亚卫星探测到的大约20个未知天体。这些天体能将来自遥远的恒星的光线轻微弯曲，但其本身又不可见，而且根据计算，它们的质量要小于一颗普通的恒星。

也许最吸引人的想法是，神秘的暗物质可能就是这些原始黑洞。天文学家是为了解释星系中一部分失质的质量，才提出“暗物质”这一概念的。他们原先设想，暗物质是一种全新的物质，由一种新粒子组成。但到目前为止，探测暗物质粒子的努力一直受挫。于是有人提出，如果原始黑洞能够解释星系中那部分失踪的质量，那么“暗物质”就是一个多余的假设。这样做的好处，一是你不需要任何新粒子;二是原始黑洞的来历我们是清楚的。

此外，令人鼓舞的是，近年来引力波探测技术的提高，也提高了发现较小质量黑洞的可能性。目前激光干涉仪引力波天文台(LIGO)探测到的质量最小的黑洞，只有太阳质量的2.6倍。如果LIGO探测到比太阳质量小的黑洞，那将是原始黑洞存在的有力证据。因为我们不知道还有什么其他机制，可以制造出这么小的黑洞。

但是，在LIGO探测到原始黑洞之前，我们就可以“躺平”了吗?不，加拿大理论天体物理研究所的阿尔莫格·亚利内维奇和马修·卡普兰说，我们可以到月球上探测。

这虽然看起来是一个奇怪的想当然的想法，但事实上道理看起来倒是倒不那么奇怪：如果宇宙在诞生之初确实产生了大量的令人难以置信的原始黑洞，一些甚至存在至今，那么它们也许会定期穿过我们的太阳系。如果是这样的话，它们可能已经击中了太阳系的一些天体，留下明显的弹坑。

假如原始黑洞击中的是像地球这样有大气，而且地质活动活跃的天体，弹坑可能早已被抹去，但是对于像月球这样没有大气、没有地质活动的天体，即使数十亿年后，弹坑也可能依然存在。

这样的弹坑会有多大呢?这取决于原始黑洞的大小。某些质量的原始黑洞可以事先排除：太小的，现在都已经蒸发掉了;太大的呢，也可以排除，因为大质量的原始黑洞过来的话，早就把月球整个儿吞下去了。亚利内维奇和卡普兰考虑了那些处于中间的黑洞：大约是一颗小行星的质量，在10^16到10^19千克之间，但半径仅有一个原子大小。

这样一个黑洞撞击月球，会留下什么样的“疤痕”呢?他们经过计算发现，它会在月球上短暂形成一条小型的熔融隧道，温度可能达到10万K。隧道会迅速冷却，在表面只留下入口和出口，其标志是一个直径大约1米左右的小坑。

为什么一个只有原子大小的黑洞，穿过月球时却能产生直径达1米的弹坑呢?首先，这是因为“一个原子大小”指的仅是黑洞在事件视界以内的部分，但我们知道，黑洞引力的作用范围远远大于事件视界。其次，黑洞的密度是月球的100万倍，它穿过月球时，就像子弹穿过一张纸，几乎没有任何减速。这样，它与月球碰撞，溅射出来的物质会被抛得很高，因为黑洞密度高，质量大，动能就很大。你不妨做个实验：拿同体积的一个小铁球和小玻璃球，让它们从同一高度落入水中。你会发现，小铁球溅起的水花要比小玻璃球的高，这就是因为小铁球重，下落时的动能比小玻璃球的要大。所以黑洞穿过月球时溅射物覆盖面积(弹坑)将远远大于黑洞自身的截面积。

虽然月球上有数百万个直径1米左右的陨石坑，但黑洞的弹坑与陨石坑有一个明显的区别：黑洞的弹坑比陨石坑更陡峭(道理还是同前)。凭这一点，可以将它们鉴别出来。

我们可以通过搜索航天器拍摄的月球表面的高分辨率图像，来寻找黑洞弹坑。但鉴于月球表面有数以百万计的陨石坑，亚利内维奇和卡普兰计划使用人工智能来寻找。如果有幸找到一个，为了确认，可能还需要派宇航员到月球，近距离对弹坑的中心进行采样分析。

即使月球上什么也没发现，我们还可以到其他没有大气、没有地质活动的天体上去搜索，如水星、火星和冥王星，甚至是土星和木星的某些岩石质卫星。这些卫星的表面可能有液态水，也可能没有。但是，它们的大气层中是否有生命存在，目前还不清楚。

（编辑：聊城站长网）

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