重力彈弓效應─《星際效應》
http://pansci.tw/archives/79804在「巨人」附近駕駛太空船是一件難事，因為航行速度必須非常快。
行星、恆星或太空船要想在這裡存續下來，就必須以同等強大的離心力來抗衡「巨人」的強大重力。這表示它必須以非常高速移動。
事實證明它必須達到近光速才行。在我對《星際效應》相關科學的詮釋中，「永續號」派遣隊員登上米勒的星球時，它是停駐在「巨人」半徑五倍的距離之外，繞行速率為光速的三分之一：c/3（c 代表光速）；米勒的行星則以55% 光速運行，即0.55c。
在我的詮釋中（圖7.1），「漫遊者號」要從停駐軌道抵達米勒的星球，必須先減慢它的順行運動，從c/3 降至遠低於此，然後「巨人」的重力才能夠拉它向下。等來到星球附近時，「漫遊者號」又必須從下行轉為順行。而由於下墜時的加速，這時它的航速已經高出太多，因此必須減速c/4（四分之一光速），降低到該星球的速度0.55c，才能前往米勒的星球。「漫遊者號」的駕駛庫柏可能使用哪種機制來執行這種劇烈的速度變化？
二十一世紀的技術
他必須達成的速度變化約為c/3，相當於每秒十萬公里。（這不是時速，是秒速！）相形之下，今天我們人類推力最強的火箭，秒速可達十五公里，約十萬公里的七千分之一，實在太慢了。
《星際效應》片中的「永續號」從地球航向土星花了兩年時間，平均速度為每秒二十公里，是十萬公里的五千分之一，一樣很慢。人類的航空器在二十一世紀有可能達到的最高速度，我認為是每秒三百公里，而這得先大量投入核能火箭研發作業才能辦到，但這仍只是《星際效應》所需速度的三百分之一左右，還是太慢。
所幸，大自然提供了一種做法來落實《星際效應》片中必須達成的龐大速度變化（c/3）：運用重力彈弓效應繞過遠比「巨人」小上許多的黑洞來助推加速。
彈弓助推航向米勒的星球
像「巨人」這麼龐大的黑洞，周遭會聚集許多恆星和小型黑洞（下一節就會深入討論）。
在我的《星際效應》相關科學詮釋中，我設想：庫柏和他的團隊調查了所有繞行「巨人」的小型黑洞，確定其中有一顆黑洞的所在位置可供「漫遊者號」進行重力轉向作業，推動它從近圓形的軌道，轉向往米勒的星球俯衝而去（圖7.2）。
這種重力助推操控的方法，稱為「重力彈弓效應」（gravitational slingshot），美國航太總署也經常在太陽系內善加運用，但是是借助行星的重力，而非黑洞（見本章末尾）。《星際效應》片中沒有呈現或談到這種助推操控法，只讓庫柏說出下面這段話：「聽著，我可以繞過那顆中子星來減速。」
減速是必要的動作，因為「漫遊者號」受到「巨人」重力的龐大引力而下墜─從「永續號」的軌道降到米勒星球的軌道─它的速度已經拉得太高，行進速度比米勒的星球高出c/4。
圖7.3 所示的中子星，相對於米勒的星球朝左行進，「漫遊者號」就靠它來轉向、減速，然後才能正常接近那顆星球。
這種彈弓效應有一種特點可能會讓人非常不快，甚至會奪走人的性命，那就是：潮汐力（第四章）。速度變化要達到c/3 或c/4 的幅度，「漫遊者號」必須充分靠近小型黑洞和中子星，才能受到它們強大重力的影響。
在這麼近的距離下， 倘若那顆偏轉天體（deflector）是中子星，或是半徑不到一萬公里的黑洞，則「漫遊者號」和上頭的人類都會被潮汐力撕碎（第四章）。
「漫遊者號」和人類要想存活，這個偏轉天體就必須是至少一萬公里大的黑洞（大小約如地球）。大自然中確實存在這種大小的黑洞，統稱為中等質量黑洞（intermediate-mass black holes, iMBh），這尺寸其實已經很大，但和「巨人」比起來仍顯渺小：只有它的萬分之一。
本來克里斯多福．諾蘭應該用一顆地球大小的中等質量黑洞來幫「漫遊者號」減速，結果他用了一顆中子星。他一開始改寫喬納森的電影劇本時，我就和他討論過這件事。討論過後，他仍然選定中子星。為什麼？因為他希望電影裡面只出現一個黑洞，才不會把廣大觀眾搞糊塗了。一個黑洞，一個蟲洞，還有一顆中子星，加上片中其他的豐富科學素材，全都要在兩小時的快節奏影片中讓觀眾吸收。
克里斯多福認為，這些素材是他能處理的極限。既然在「巨人」附近航行必須借助強大的重力彈弓效應，於是克里斯多福將一次彈弓效應放進庫柏的對白，卻也付出了代價，用了不合乎科學原理的偏轉天體：以中子星取代了黑洞。
星系核內的中等質量黑洞
一顆一萬公里的中等質量黑洞，重約一萬顆太陽的質量，相當於「巨人」的萬分之一，但已經是普通黑洞的千倍重量了。這正是庫柏需要的偏轉天體。有些中等質量黑洞據信是在恆星密集的星團─稱為「球狀星團」（globular cluster）─的核心內形成的，當中又有一部份可能循徑進入有巨型黑洞棲身的星系核（Galactic nuclei）內。
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類似 使用
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