5、米勒星球的巨浪是怎么形成的?
是受黑洞的潮汐力影响产生的,并且可能有海啸的成分。
《星际穿越》剧照:初登米勒星球,浅浅的海水
电影里着陆的第一个星球是米勒星球,相信看过刘慈欣的科幻小说《海水高山》的同学会非常激动的。千米级巨浪很好的诠释了“排山倒海”的气势。这么高的浪是怎么来的?一个比较自然的解释是来自黑洞的潮汐力。(引力在星球不同部分的差,减去星球本身的加速度产生的惯性力之后,会在星球靠近/远离黑洞的两端产生拉伸的作用,譬如地球的潮汐就主要来自月球的引力)
我按照非自转黑洞的情形做了一个估算,如果星球质量和地球相等,浪高是1km的话,星球只需要呆在离黑洞中心20个天文单位就行了,这个距离上,黑洞的潮汐力远不会达到把星球本身撕碎的水平。
《星际穿越》剧照:如山的巨浪
不过影片中的浪来势之凶猛,形态之突兀,远不像一般的潮汐。在地球上,由于地形限制,潮汐有时候可以达到5米级的高度(例如钱塘江入海口的喇叭口造型),也许我们的主角们刚好降落在某个峡湾当中,迅速收缩的海底地形把平和的潮汐给“挤”成了电影中陡峭的造型。
这个解释怎么看都缺乏足够的说服力,而且在这个距离上,黑洞的潮汐力会对星球产生“潮汐锁定”——潮汐力会把星球本身拉长成椭球,对星球的自转产生力矩:
这个力矩会把星球的自转角动量转化成公转角动量,我们看到的结果就是星球会远离黑洞一小点,但自转会几乎停下来。
但自转并非完全停止,即使是月亮,虽然总是一面朝向地球,但依然会有一些摆动,构成了月球天平动的一部分;类似的效应作用在我们的星球米勒上,带来的就是周期大约1小时(来自基普·索恩在新书里的估算)滔天巨浪。另外,即使是地球本身也会在月球潮汐力的作用下发生形变,我们称为固体潮,最大形变幅度可以达到几十厘米。这点形变在米勒星球上会被放大很多倍:大规模的地壳运动意味着强烈的海底地震,随之而来的就是更加可怕的海啸。在地球上都能达到10米级高度的海啸放到地壳运动更加剧烈、又有黑洞强大潮汐力协助的米勒星球上,“海水高山”也不再只是导演的想象了。