米勒星球上的巨浪是怎麼來的?《星際效應》幕後的科學與想像

2015-06-10 16:47

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相較之下,外側平衡點就很穩定。

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如果米勒的星球就在那裡被推動向外,重力就會贏得那場比試,把星球拉回去。

又如果星球被向內推動,則離心力取勝,把星球重新向外推去。因此,依照我對《星際效應》的詮釋,這裡就是米勒的星球棲身之處。

時間減速和潮汐重力

在所有環繞「巨人」的圓形穩定軌道當中,米勒的星球繞行的是當中最靠近黑洞的一條。

這表示,那是時間最大量減速的軌道。待在地球上七年,相當於待在米勒的星球上一個小時。那裡的時間流速是地球上流速的六萬分之一!

這就是克里斯多福.諾蘭想為他的電影所做的設定。

既然那麼接近「巨人」,以我對這部電影的詮釋來說,米勒的星球就會承受龐大的潮汐重力,大到「巨人」的潮汐力幾乎要將這顆行星扯碎(第六章)。

幾乎,但沒有真的扯碎。

結果,潮汐力只是讓星球變形,而且嚴重變形(圖17.3)。

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圖17.3
「米勒的星球」出現的潮汐變形現象。

星球朝向與遠離「巨人」的兩面呈大幅隆起。

如果米勒的星球相對於「巨人」在轉動(即它不是所有時間
都以同一側朝向「巨人」),則就這顆行星看來,潮汐力就會旋轉。

首先,星球會遭受東西向擠壓,還會受到南北向拉伸。接著在轉動四分之一圈之後,擠壓走向就變成南北向,拉伸則為東西向。和行星的地函(星球的堅硬外層)強度相比,這些擠壓和拉伸力量都顯得強勁至極。地函會被徹底粉碎,然後摩擦生熱將它熔解,使整顆行星變得火熱。

但米勒的星球看來完全不是那副模樣!因此結論非常清楚:依我的科學詮釋,米勒的星球肯定是永遠以同一側朝向「巨人」(圖17.4),或是近似如此(稍後我會就此討論)。

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圖17.4
「米勒的星球」相對於遙遠恆星的軌道運動和自旋。行星的隆起和表面的紅點永遠朝向「巨人」黑洞。

空間的旋動

愛因斯坦的定律規定,如果從遠處觀察,例如從曼恩的星球看過來,米勒的星球便是每隔一.七小時就繞行「巨人」長達十億公里的軌道周長一圈。

這大約相當於光速的一半!

而由於時間減速作用,「漫遊者號」的隊員們測得的軌道周期,則是前述周期的六萬分之一:十分之一秒。等於每秒繞行「巨
人」十圈。真的很快!這不就遠高於光速了嗎?

不會,原因在於「巨人」快速自旋所帶動的空間旋轉。相應於星球所在位置的旋動空間,而且採行該地所測度的時間,星球的移動速度便會低於光速─這樣子才對。這就是嚴守速度限制的觀點。

依我對這部電影的科學詮釋,既然這個星球始終以同一側朝向「巨人」(圖17.4),它的自旋速率一定和繞軌速率相等:每秒
十圈。

它怎麼可能轉得那麼快?離心力難道不會將它撕裂嗎?不會,而且救兵同樣是空間的旋動。

當行星的自旋速率和附近空間的旋動速率完全相等,它就不會感受到破壞性離心力。這顆星球的情況,差不多就是這樣!因此自轉生成的離心力,實際上相當微弱。

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