Vytvořili jsme černou díru. Během pár let zničí sluneční soustavu (ale jen v simulaci)

  • Co kdyby sluneční soustavou prolétla černá díra?
  • A jak dlouho by to vlastně trvalo?
  • Díky Universe Sandbox 2 si to muže nasimulovat

Únorová zakaboněná obloha sice moc příležitostí ke sledování hvězd nedává, ale za pár měsíců je tu opět léto a s ním přijdou i častější pohledy vzhůru. A kdo ví, možná i nějaké to filozofické přemítání nad existencionálními otázkami o vesmíru. Třeba o tom, co by se stalo, kdyby kdesi poblíž prolétla malá černá díra.

Co to znamená malá černá díra? Dejme tomu, že by měla v průměru směšné tři kilometry a do sluneční soustavy by zamířila kdesi mezi oběžnou drahou Saturnu a Uranu. Tedy ve vzdálenostech od Země, kam umělé sondy cestují dlouhé roky při doslova astronomických rychlostech mnoha desítek kilometrů za sekundu.

Fajn, takže co by se stalo? Doba pokročila a výkon počítačů se dramaticky zvýšil, takže namísto několika semestrů strávených na Astronomickém ústavu UK nebo třeba Ústavu teoretické fyziky a astrofyziky MU stačí sáhnout po některém ze softwarových simulátorů sluneční soustavy.

Simulátor Universe Sandbox2

K těm nejzdařilejším (a přitom stále pro běžné smrtelníky) patří Universe Sandbox2. Je natolik dobrý, že těch 25 dolarů, které si autoři účtují, je snad i málo. Platit můžete i bitcoinem a to bez zdlouhavého čekání skrze platební bránu Coinbase. Kryptoměnou jsem nakonec zaplatil i já, přišel o částku 0,00299281 BTC a za čtvrt hodinky jsem už měl simulátor na počítači.

Klepněte pro větší obrázek
Simulátor koupíte na Steamu, nicméně kód k nákupu seženete i na Humble Bundle, kde se dá platit kryptoměnami pomocí služby Coinbase

Universe Sandbox 2 je výukový software, takže se snaží, aby vše vypadalo jednoduše, hezky, fotorealisticky, ale zároveň – pokud tušíte, co vlastně děláte – můžete nastavit prakticky jakýkoliv parametr letícího šutru vesmírem.

Je libo zničit Zemi? Žádný problém

Vedle real-time simulace aktuálního stavu sluneční soustavy si zároveň můžete prohlédnout připravené situace pro desítky historických i naprosto hypotetických událostí. V nabídce je tak třeba poslední úplné zatmění Slunce nad USA z loňského srpna nebo simulace, jak by to vypadalo, kdyby okolo Země kroužily rovnou dva Měsíce.

Klepněte pro větší obrázekKlepněte pro větší obrázekKlepněte pro větší obrázek
Loňské úplné zatmění Slunce nad USA

A když by to byla nuda, stačí hmotnost Měsíce zněkolikanásobit, trošku animaci zrychlit a za pár sekund a za tklivých tónů ambientních smyčců, které jsou součástí planetária, uvidíte, jak se upravený Měsíc boří do Země a její povrch se zbarví do ruda. Brzy teplota přesáhne 4 000 stupňů a všechno vybuchne.

Klepněte pro větší obrázekKlepněte pro větší obrázekKlepněte pro větší obrázek
Ups, omlouvám se...

Universe Sandbox 2 dokáže simulovat v podstatě cokoliv – tedy co se pohybu týče. Chcete nechat explodovat Jupiter a sledovat, jak jeho zbytky v příštích padesáti letech ovlivní celou sluneční soustavu? Jistě, žádný problém. Chcete zahubit Australany, a tak na nejmenší kontinent hodíte kilometrovou skálu odkudsi z pásu asteroidů? Jistě, žádný problém! Chcete kdesi za Plutem odpálit supernovu a simulaci zpomalit třeba na pár ms/s, abyste z toho vůbec něco měli? Jistě, žádný problém.

Vyšleme k Saturnu černou díru

Chcete vyslat do Sluneční soustavy tu naši slíbenou černou díru? Jasně, ani to samozřejmě není žádný problém! Pojďme tedy na to.

Na webu Science.com jsem se dočetl, že nejmenší doposud známá černá díra je vlastně docela cvalík. Je součástí binárního systému XTE J1650-500 a krmí se energií nebohé hvězdy, obě tělesa totiž navzájem rotují kolem společného těžiště v agonickém tanečku. Tato černá díra má hmotnost 3,8 Sluncí a průměr 24 kilometrů.

Uf, to je moc! Já chci kamsi za Saturn poslat něco mnohem menšího – slíbené tříkilometrové zrnko. Universe Sandbox 2 má pro tyto případy tlačítko Add, pomocí kterého mohu do systém vložit prakticky cokoliv počínaje kulečníkovou koulí (ano, vážně!) a konče obří hvězdou.

Klepněte pro větší obrázekKlepněte pro větší obrázekKlepněte pro větší obrázek
Z katalogu jsem vložil do prostoru černou díru o hmotnosti Jednoho Slunce. Mohu ji umístit na oběžnou dráhu, anebo určitou rychlostí vystřelit nějakým směrem.

Já si vyberu černou díru o hmotnosti jednoho Slunce, jejíž průměr odpovídá právě oněm třem kilometrům. Veškeré parametry mohu samozřejmě kdykoliv změnit.

V dalším kroku musím definovat pohyb. Černá díra může kroužit okolo Slunce, mohu ji také postavit někam do prostoru s nulovou výchozí hybností (vůči dané soustavě), anebo ji vystřelím nějakým směrem.

A přesně to dnes udělám! Kamerou se nasměruji do místa startu a hledáčkem zacílím do bodu, kam má díra putovat. Zároveň ji nastavím počáteční rychlost 10 km/s.

Při přípravě simulace musím být obezřetný, na rozdíl od běžných planetárií se totiž nemohu vrátit v čase. Když upravím simulaci na rychlost několika dnů za sekundu a prošvihnu nějakou událost, nebudu moci skočit zpět – leda že bych simulaci se stejnými parametry spustil zase od začátku.

10. února 2018 vědci zaznamenali něco zvláštního…

Tak, konec řečí, jdeme na to. Je sobota 10. února 2018 a krátce okolo čtvrté hodiny odpolední se kdesi daleko za oběžnou drahou Pluta z ničeho nic objevila černá díra s průměrem 3 km a hmotností jednoho Slunce. Vědci ji dali jméno Boženka B1.

Klepněte pro větší obrázek
Počátek Simulace. Černá díra je daleko za Plutem a míří směrem k dráze Saturnu. Přiblížení ji však bude trvat dlouhé roky, takže simulaci musím zryhclit.

Nikdo netuší, kde se tam vzala, nicméně další výpočty odhalí, že se přibližuje rychlostí 10 km/s a sluneční soustavu protne kdesi na úrovni oběžné dráhy Saturnu.

Přítomnost sice maličkého, ale nesmírně těžkého tělesa okamžitě začne ovlivňovat veškerou hmotu v širém okolí; jako by se na druhé straně sluneční soustavy z čista jasna objevilo další Slunce. Jen ho nevidíme.

Uplyne několik dlouhých let, planety obíhají Slunce zdánlivě stejně jako dřív, přesto se však mnoho věcí změnilo. Slunce a Boženka se vzájemně přibližují, čímž se začínají deformovat oběžné dráhy prakticky všech těles. Tříkilometrová černá díra je přitom stále ve vzdálenosti bezmála 100 AU od Slunce (tedy ve 100× větší vzdálenosti, než je střední vzdálenost Země od Slunce).

Země stále obíhá okolo Slunce, i když slapové síly černé díry jsou stále mocnější. Píše se rok 2031. Budeme muset trošku zrychlit simulaci!

Počátkem 40. let započne konec sluneční soustavy

Květen 2042. Od objevení černé díry uplynulo 24 let a ta už v našem pozorovacím měřítku zachytila krajní planety Uran a Saturn, které ji byly nejblíže. Jejich trajektorie dává tušit, že nejspíše opouštějí soustavu Slunce a stanou se oběžnicemi Boženky.

Klepněte pro větší obrázekKlepněte pro větší obrázekKlepněte pro větší obrázek
Na počátku 40. let gravitace Boženky silně ovlivní trajektorie Uranu a a Saturnu. Celý proces bude trvat několik dalších roků, nicméně Saturn se nakonec stane oběžnicí černé díry.

Slunce nakonec Uran udrží, avšak Saturn s hromadou svých měsíců nadále obíhá okolo černé díry. V poněkud prekérní situaci jsou pak některé další velké planety, u kterých jejich osud zatím není úplně jasný. Například Jupiter nyní se svými měsíci letí osamoceně vesmírem a ke všemu přišel o Europu, která se stala samostatnou oběžnicí Slunce.

Klepněte pro větší obrázekKlepněte pro větší obrázekKlepněte pro větší obrázek
Dva nové systémy. Zatímco okolo černé díry krouží Saturn, jeho měsíce a drobné planetky, které sebrala po cestě, Slunce si udrželo blízké planety a zachytilo třeba Europu – někdejší měsíc Jupiteru. Obě soustavy letí vedle sebe galaxií jako jakýsi binární systém s velmi dlouhou oběžnou drahou.

A to ne tak ledajakou! Slunce oblétne jednou za 4,5 roku, přičemž na pár měsíců by mohla i rozmrznout, dostane se totiž blízko ke zdroji energie až na úroveň oběžné dráhy Země.

SpaceX někdejšího slavného průkopníka Elona Muska chystá meziplanetární sondu, která má definitivně odhalit, co se odehrává pod ztenčujícím se ledovým příkrovem planetky, která byla kdysi měsícem Jupiteru.

A takto vypadá celý střet trvající několik desítek let ve zrychlené simulaci:

Oba sluneční systémy se na sklonku 21. století relativně ustálí, cestují vedle sebe galaxií, a pokud lidstvo nezahubila některá z malých planetek, kterou tento taneček vymrštil z původní dráhy, naši prapravnuci už mají úplně jiné učebnice s nákresy sluneční soustavy.

Lidstvo možná přežilo. Tak to teda ne!

A to je vše? Ano. A nebyla to trošku nuda? Dobrá tedy! Do simulace samozřejmě můžeme libovolně vstupovat přesouvat objekty v prostoru a měnit jejich parametry. A jelikož se nám blíží konec článku, můžeme skoncovat i se sluneční soustavou.

Zvětším 100× hmotnost Boženky! Průměr černé díry narostl na 295 kilometrů a z relativně neškodného studeného druhého Slunce se stal mezihvězdný planetomet. A to doslova. Jakékoliv těleso, které se dostane do jeho blízkosti a Boženka jej nepohltí, získá obrovskou rychlost až několika tisíc km/s a je doslova vystřeleno do mezihvězdného prostoru.

Klepněte pro větší obrázekKlepněte pro větší obrázekKlepněte pro větší obrázek
Poté, co se Boženka stala dominantní, převzala roli těžiště nové soustavy. Každého, kdo se dostane příliš blízko, buď pohltí, anebo vystřelí ničivou rychlostí na velmi protáhlé oběžné dráhy.

Boženka okamžitě přebírá roli srdce nové soustavy, okolo které obíhá naprosto vše včetně Slunce. A okolo Slunce stále obíhá několik malých planet včetně Země. Slapové síly jsou obrovské, ale vše ještě stále funguje. Alespoň z našeho úhlu pohledu. Co se přesně děje na Zemi, je pod rozlišovací schopnost Simulátoru, nicméně o lehkou atmosféru podle jeho dat planeta ještě nepřišla.

Je třeba Boženku ještě zvětšit. Co kdyby měla hmotnost jednoho milionu Sluncí?

To jsem neměl dělat. Země už není. Zmizela ze simulace prakticky okamžitě během několika milisekund od spuštění. Ostatní planety a Slunce zatím měly štěstí – byly v lepší poloze. Prolétly okolo černé díry obrovskou rychlostí, ovšem čerstvě vypočítané trajektorie jejich oběžných drah nevěstí nic dobrého. Jen co si je Boženka přitáhne zpět, bude to nejspíše jejich definitivní konec.

Slunce uniká rychlostí 500 km/s, ale nakonec přeci jen zpomaluje. Ostatní tělesa s menší masou postupně zanikají a s nimi i celá někdejší sluneční soustava.

Poslední sekundy Slunce před zničením v černé díře:

Gravitace Boženky definitivně vítězí nad mateřskou hvězdou, která se vrací zpět, zrychluje a několik milionů kilometrů před samotným horizontem událostí jej gravitace černé díry drtí na kusy.

Z velkých planet přežívá jen Jupiter, který bude další miliony let obíhat okolo černé díry, než se nakonec i on sám definitivně vypaří, po každém přiblížení totiž ztratí část hmoty. A to je konec.

Universe Sandbox 2 je skvělá hračka, ale i učebnice, která za těch pár stovek rozhodně stojí. Kéž by byly podobné programy samozřejmou výbavou hodin fyziky na každé škole.

Diskuze (36) Další článek: Nvidia trhá rekordy, vydělává bezmála miliardu dolarů měsíčně

Témata článku: Software, Vesmír, Budoucnost, Steam, SpaceX, USA, Země, Měsíc, Saturn, Sluneční soustava, Slunce, Jupiter, Simulace, Černé díry, Uran, Pluto, Dlouhý rok, Jupiterův měsíc, Malá planeta, Humble Bundle, Platební brána, Definitivní konec, Výukový software, Evropa, Počáteční rychlost

Určitě si přečtěte


Aktuální číslo časopisu Computer

Ochraňte svou techniku před zloději

Testy All-in-One PC a herních monitorů

Proč byste měli chtít HDR televizi

Svět leteckých simulátorů