Gdyby Księżyc był czarną dziurą

Co by było gdyby nasz Księżyc stał się czarną dziurą? Popkultura straszy czarnymi dziurami jako źródłami absolutnego zniszczenia albo kusi nimi jako potencjalnymi portalami do odległych zakamarków (tego lub innego) wszechświata. Rzeczywistość jest mniej spektakularna…

Po pierwsze, żeby się przekonać jak to jest mieć czarną dziurę na orbicie planety trzeba zgnieść ważącą 73 477 000 000 000 000 000 000 kilogramów (73 tryliardy kilogramów) kulę do punktu o średnicy ludzkiego włosa*. Wtedy jest już z górki, grawitacja przejmuje pałeczkę i Księżyc zapada się w nieskończenie mały punkt o nieskończenie wielkiej gęstości. Jego masa jednakże nie ulega zmianie, co za tym idzie… niewiele zmienia się dla Ziemi i życia na naszej planecie. A przynajmniej mniej niż można by się spodziewać.

Księżyc odgrywa istotną rolę w stabilizacji orbity i klimatu naszej planety. Zgromadzenie całej jego masy w jednym punkcie w tym kontekście jest niezauważalne. Wciąż raz na 29 dni, 12 godzin, 44 minuty i 2,8 sekundy będzie znajdował się w tym samym punkcie na naszym niebie względem Słońca, nawet jeśli będzie niewidoczny. Co za tym idzie, nie zmieniają się cykle przypływów i odpływów.

Entuzjaści astronomii mogą wiedzieć, że źródła silnego promieniowania rentgenowskiego są kojarzone z czarnymi dziurami. Jednym z zarzutów wobec Interstellar jest fakt, że o ile planety mogłyby orbitować wokół czarnych dziur, życie na nich byłoby niemożliwe. Haczyk w tym, że to nie same czarne dziury są źródłem groźnego promieniowania, ale materia która spadając na nie po spirali tworzy dyski pyłu i gazu. Prędkość i tarcie rozgrzewa je do tego stopnia, że emitują one energię w postaci promieniowania o szerokim spektrum, to znaczy od fal radiowych, przez światło widzialne aż po promieniowanie rentgenowskie, które niszczy DNA biosfery na powierzchni planety. O ile czarne dziury są niewidoczne, tak to co na nie spada powinno być bardzo widoczne. Chyba, że mamy do czynienia z czarną dziurą o masie Księżyca…

Słońce jest sto milionów razy cięższe od Księżyca a to i tak pięć razy mniej niż najlżejsze gwiazdy, które kończą swój żywot jako czarne dziury. Słońce za jakieś pięć miliardów lat stanie się białym karłem - bardzo gęstym i jasnym obiektem wielkości planety. Czy Księżyc zmiażdżony do postaci czarnej dziury stanowiłby podobne zagrożenie dla Ziemi? Raczej nie. Na Ziemię co rok spada około 40 000 ton kosmicznego pyłu i asteroid (większość spala się w atmosferze). Ziemia jest jednak 81 razy cięższa od swojego satelity i można się spodziewać, że Księżyc w tej czy innej formie ściąga na siebie najwyżej trochę ponad 1% tej masy. Czyli około 400 ton rocznie. Nie należy się spodziewać, że nawet po latach byłoby to wystarczająco na okazały i groźny dysk akrecyjny.

Jeśli idzie o widok z Ziemi, najlepsze na co można by liczyć to delikatna smużka (mniejsza niż “normalny” Księżyc na naszym niebie) pyłu nieodróżnialna od najlichszej chmurki. Żadnego czarnego cienia na nocnym niebie, żadnego rozjarzonego dysku. Nawet efekty soczewkowania grawitacyjnego - zaginanie promieni gwiazd za czarną dziurą, tak pięknie oddane na grafice powyżej, byłyby zupełnie niezauważalne przy tak lekkiej czarnej dziurze.

Dobrze, czy zatem nie byłoby żadnych zagrożeń? Żadnej niszczycielskiej siły? Nie na powierzchni Ziemi. Jednakże tam gdzie kiedyś był srebrny glob, asteroidy pękałyby pod wpływem grawitacji czarnej dziury. Tak jak kometa Shoemaker-Levy rozpadła się w 1994 roku gdy zbliżyła się za bardzo do Jowisza, tak większość asteroid rozpadałaby się gdyby zbliżyły się nadmiernie do niewidocznej czarnej dziury i przynajmniej w części ich pozostałości zasilałyby dysk akrecyjny. Księżyc upchnięty do pojedynczego punktu byłby niedostrzegalny, ale równie groźny byłby dla naszych sond i pojazdów kosmicznych.

Skoro ta czarna dziura jest tak mała, to czy wyparowałaby błyskawicznie, tak jak pisał o tym Stephen Hawking w swojej książce? Nie. Promieniowanie Hawkinga, które tyczy się wszystkich obiektów tego typu, potrzebowałoby miliardów miliardów miliardów miliardów miliardów lat by rozprawić się z tak malutką czarną dziurą. Wyobraźcie sobie ile to trwa dla prawdziwych, gigantycznych czarnych dziur, skoro dwa razy większa masa oznacza osiem razy dłuższy czas “parowania”.

Rozczarowani? Na “pocieszenie” powiem, że mimo wszystko brak Srebrnego Globu na niebie pomieszałby jednak trochę na naszej planecie. Głównie w świecie zwierząt. Jak się okazuje pełnia to czas dzikiego seksu wśród koralowców. Bez tego światła mogą mniej chętnie uwalniać jajeczka i nasienie. Borsuki natomiast onieśmiela pełnia, więc bezksiężycowe noce mogłyby zaowocować większą populacją tych zwierzątek. Księżyc pełni mniejszą lub większą rolę u wielu gatunków zwierząt, od wpływu na poziom hormonów u myszy po nawigację ciem.


Zdjęcie: http://en.wikipedia.org/wiki/File:Starry_Night_at_La_Silla.jpg

* - by Ziemia zapadła się i zmieniła w czarną dziurę trzeba by ją zmiażdżyć do rozmiaru mrówki. W przypadku Słońca wystarczyłoby “zaledwie” zmniejszyć je do rozmiaru kuli o średnicy trzech kilometrów.

AKTUALIZACJA: Jak się okazuje xkcd też zrobił wpis na ten temat. Zwrócił on uwagę, że taka czarna dziura będzie absorbować więcej promieniowania z kosmicznego tła, niż emitować przez promieniowanie Hawkinga. Nie podał liczb, ale księżycowa czarna dziura miałaby temperaturę 1,474 Kelwina, podczas gdy promieniowanie tła ma temperaturę 2,725 K. Co za tym idzie mój niepoważnie długi czas parowania takiej czarnej dziury może być zaniżony o kilka rzędów wielkości. Po drugie wspomina on o drobnym wpływie Księżyca na temperaturę planety, jest on jednakże niemal pomijalny.

AKTUALIZACJA 2: Słusznie zwrócono mi uwagę, że trochę zagalopowałem się z tym dyskiem pyłu. Mechanizm przechwytywania pyłu i asteroid przez Ziemię jest dość prosty - znajduje się ona na jego drodze. W przypadku "księżycowej dziury" prawdopodobnie zmieniała by ona jedynie tor lotu i kruszyła asteroidy przechodzące szczególnie blisko. Innymi słowy poza funkcją młynka do mielenia, nie powinniśmy liczyć choćby na lichy obłoczek pyłu. Tym bardziej trzeba by bardzo dokładnie kalkulować trajektorie sond i innych pojazdów kosmicznych by uwzględnić niewidoczne źródło grawitacji.