1. Co je to černá díra?
„V tobě to jídlo mizí jako v černé díře… Tohle je černá díra na peníze…“ Možná jsi někdy podobné tvrzení zaslechl(a). Ale co je to vlastně černá díra? Jak se chová? Může z ní něco uniknout?
Únik z gravitačního pole
Abychom si mohli podstatu černé díry vysvětlit, nejprve musíš vědět, co je to úniková rychlost. Každý hmotný objekt (dokonce třeba i ty) vytváří gravitační pole. Úniková rychlost je rychlost, která umožní tělesu uniknout z gravitačního působení jiného tělesa a už se nikdy nevrátit.
Pro výpočet únikové rychlosti stačí znát hmotnost M tělesa, ze kterého chceš uniknout, vzdálenost r od jeho středu a gravitační konstantu G. Vzorec pro výpočet únikové rychlosti je:
„Víš, že první objekt, který dosáhl únikové rychlosti a unikl z gravitačního působení Země, byla sonda Luna 1, která 2. 1. 1959 odstartovala z kosmodromu Bajkonur, proletěla kolem Měsíce a začala obíhat kolem Slunce?“
Spočítej únikové rychlosti vesmírných těles
Pro získání lepší představy si můžeš vzít kalkulačku a zkusit spočítat únikové rychlosti pro vesmírná tělesa, která dobře znáš. V elektronickém kvízu k sobě následně přiřaď odpovídající možnosti a zkontroluj si, jestli jsi počítal(a) správně. Veličiny dosazuj a počítej v základních jednotkách, tedy v kilogramech a metrech.
Užitečné hodnoty:
hodnota gravitační konstanty G je 6,67 × 10-11 m3 kg-1 s-2
hmotnost Země je 5,97 × 1024 kg
hmotnost Měsíce je 7,34 × 1022 kg
poloměr Měsíce je 1737 km
hmotnost Slunce je 1,99 × 1030 kg
vzdálenost Pluta od Slunce je 5,89 × 1012 m
Jak sis právě ověřil(a), úniková rychlost je vyšší pro hmotnější tělesa. Zároveň však klesá se zvětšující se vzdáleností od středu tělesa (úniková rychlost pro mnohem hmotnější Slunce nám ve vzdálenosti Pluta vyšla nižší než úniková rychlost z povrchu o moc lehčí Země). Kdybychom tedy chtěli z nějakého důvodu dosáhnout co nejvyšší hodnoty únikové rychlosti, bylo by ideální co nejmenší těleso s co největší hmotností.
Jak dostat těleso na oběžnou dráhu
K tomu, aby se těleso dostalo na oběžnou dráhu, ale stačí menší rychlost než úniková, a to tzv. kruhová nebo první kosmická rychlost.
Kruhová rychlost pro těleso na nízké oběžné dráze (200 km nad povrchem Země) je zhruba 8 km/s. Abychom dostali těleso na oběžnou dráhu, je potřeba obrovské množství energie, díky které těleso získá potřebnou rychlost, a také dobře promyšlená dráha. Rakety míří na začátku letu kolmo nahoru, aby se co nejdříve dostaly z nejhustších oblastí zemské atmosféry, a následně se stáčí ke směru rovnoběžnému s povrchem, aby co nejefektivněji navyšovaly velikost odstředivé síly, která působí proti gravitační síle Země.
Podívej se na start a přistání rakety Falcon 9, která vynesla na oběžnou dráhu kosmickou loď Crew Dragon s posádkou pro Mezinárodní vesmírnou stanici.
