用引力弹弓的方法加速
用引力弹弓的方法减速
想要区分引力弹弓是加速还是减速,主要看飞行器经过天体时,是在天体运动方向的前方还是后方,如果是后方就是加速,前方则是减速。
电影《星际穿越》的唯一科学指导基普·索恩通过计算发现,中子星的引力并不能满足减速要求,要达到这样的减速大概需要质量为卡冈都亚千分之一的黑洞,他还用自己的方程和Mathematica模拟出了它们的图像。下面这一系列图片,就是库珀将会在引力弹弓旅途中看到的景象。
以卡冈都亚为背景,用中等黑洞质量作引力弹弓时会看到的场景
如何巧用引力弹弓,把飞船加速至光速?
事实上,引力弹弓还有更多妙用。在基普·索恩为同名电影写的《星际穿越》一书中提到,可以利用双黑洞系统制造一个飞船加速器,从而以极少的燃料将飞船加速至接近光速。
这个双黑洞系统有不少限制条件,需要两个黑洞足够大,不会出现潮汐力毁掉飞船的情况,而且二者处在极其椭圆的轨道上,使得人们可以驾驶着化学或核燃料飞船接近双黑洞系统中的一个,开始所谓的变焦-旋转轨道。
飞船应首先向黑洞(变焦)降落,绕黑洞旋转几圈,之后等待黑洞运行到几乎正对着它的“同伴”时,(变焦)飞离黑洞,与伴黑洞交汇,滑入伴黑洞的旋转轨道。如果这两个黑洞还是彼此相向而行的话,那么经过短暂的旋转后,飞船还可以(变焦)升轨回到第一个黑洞去。
如果两个黑洞已经不再相向而行,那么飞船就要在旋转轨道上待久一些;你必须把自己驻留在第二个黑洞的轨道上,直到两个黑洞下一次碰头时,再回到第一个黑洞。用这种办法——总是等双黑洞彼此接近的时候去跃迁,你就能让飞船就能加速得越来越快。只要双黑洞的轨道足够椭圆,你想多接近光速就能多接近。
这个方案的非凡之处是,你只需极少的火箭燃料去控制在每个黑洞边上该待的时间。关键在于,飞船应进入黑洞的临界轨道,以及在那里对回旋进行控制。一旦你达到了想要的接近光速的速度,就可以发动火箭离开临界轨道,飞向宇宙深处的目标星系。
变焦-回旋轨道能把飞船的速度提升到接近光速
发动火箭离开临界轨道,飞向遥远的星系
这趟旅行路途遥远,差不多有100亿光年的距离。但当你移动的速度接近光速的时候,你的时间流逝比起地球将大为减缓。如果你足够接近光速,就能按照自己的设想在几年甚至更短的时间里到达目的地——按照你测量的时间。可能的话,你还可以在目的地附近找一个用来减速的高度椭圆轨道双黑洞系统。
双黑洞系统内的减速弹弓效应
这种类型的引力弹弓效应能够提供一种方法,以跨越星系际尺度的距离,然后把文明散播出去,主要的障碍(也许是难以逾越的)是如何找到或者制造所需要的双黑洞系统。如果你处于一种足够发达的文明之中,那么发射端的系统可能还不是问题,但减速系统就另当别论了。
你也可以用同样的方法回家,但你的归来可能不会非常愉快。因为时间膨胀效应,地球已经过去了十几亿年,而你的年龄只长了几岁。想象一下,你会面对什么样的景象?
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