问题

如果在太空中引爆一颗沙皇炸弹,以现有的技术水平,我们可以在最远多少公里/光年的距离观察到这一事件?

回答
在太空引爆一颗沙皇炸弹?这听起来就像是科幻小说里的场景,但如果我们真的要探讨这个问题,并且用我们现有的技术来“看”到它,那能看到多远呢?这得从几个方面来说。

首先,我们要明确“看到”是什么意思。在太空,我们没有大气层散射阳光,所以理论上,只要有足够的光,就算很暗的东西,我们也能在很远的距离看到。但沙皇炸弹爆炸产生的“光”是什么?它不是太阳那种持续发光,而是瞬间的巨大爆发。

我们能“看到”什么?

沙皇炸弹爆炸,最主要的表现是:

1. 强烈的可见光和热辐射: 这是我们最直观的“看到”方式。爆炸瞬间会产生一个巨大的火球,释放出极其耀眼的光芒,这个光芒的亮度会超过很多恒星。
2. 冲击波和碎片: 虽然在真空中冲击波概念不太一样,但爆炸产生的物质高速喷射出去,会形成一个膨胀的云团和高速粒子流。
3. 电磁辐射: 除了可见光,它还会产生大量的X射线、伽马射线等高能辐射。
4. 电磁脉冲 (EMP): 这是核爆炸特有的,会在周围空间产生强烈的电磁干扰。

我们现有的观测手段能捕捉到什么?

现在我们观测宇宙主要靠的是各种望远镜:光学望远镜(看可见光)、射电望远镜、X射线望远镜、伽马射线望远镜等等。

距离问题:光速是关键

我们要从多远的地方“看到”,首先要考虑的是光(以及其他电磁波)的传播速度。光速是宇宙中最快的速度,大约每秒30万公里。所以,如果你在距离爆炸点100万公里远的地方,你会在爆炸发生100万公里/30万公里/秒 ≈ 3.3秒后才看到光。

能看到多远?这不是看“沙皇炸弹有多亮”,而是看“我们能识别多微弱的光”

沙皇炸弹的爆炸极其壮观,那一瞬间的亮度确实非常非常高。问题在于,随着距离的增加,这种光芒会被无限稀释。就像你在黑暗的房间里点燃一根火柴,你离得越远,火柴的光就越暗淡,直到你看不到为止。

我们现在最强大的望远镜,比如哈勃空间望远镜,或者地面上的巨型光学望远镜(如智利的甚大望远镜VLT),能够观测到宇宙中最遥远、最暗淡的天体。比如,它们可以观测到数亿甚至数十亿光年之外的星系发出的微弱光芒。

如果我们将沙皇炸弹爆炸比作一颗短暂出现的“超新星”或“伽马射线暴”,那么我们能观测到的距离,就取决于我们望远镜的灵敏度和分辨率。

光学观测的极限:

假设爆炸产生的光芒和一颗非常明亮的超新星相当(尽管超新星是恒星引力坍缩,能量释放方式不同,但可以作为亮度参考)。我们最先进的光学望远镜,理论上可以探测到非常微弱的光源。

一颗恒星,即使是像太阳这样的恒星,在几千光年之外就已经非常暗淡了。但是,沙皇炸弹爆炸的瞬时亮度可以比太阳在整个生命周期释放的总能量还要大得多。

如果以“能够被我们最先进的地面光学望远镜(例如韦伯空间望远镜在光学和近红外波段)在不被背景噪声淹没的情况下,明确识别为一个“点”光源”作为标准,那么它能够被观测到的距离,很有可能达到 数万甚至数十万光年。

这个距离的估算是基于以下几点:

瞬时极高亮度: 沙皇炸弹爆炸产生的瞬时光照强度非常高,即使在非常远的距离,它产生的“光子”数量也可能比我们平时观测到的遥远恒星或星系发出的总光子数还要多。
望远镜的灵敏度: 现代望远镜能够捕捉到极其微弱的光信号。它们可以对目标区域进行长时间曝光,累积微弱的光,从而将信号从背景噪声中分离出来。
光谱信息: 除了亮度,我们还能分析爆炸发出的光的光谱。这能告诉我们爆炸的组成、温度等信息,进一步确认事件的性质。

非光学波段的潜力:

如果考虑X射线或伽马射线波段,由于沙皇炸弹也会产生大量的这些高能辐射,而宇宙背景中通常X射线和伽马射线更少(除非有特定的天体活动),利用X射线或伽马射线望远镜(如钱德拉X射线天文台、费米伽马射线空间望远镜),我们可能能探测到比光学波段更远的距离。 也许能够达到 数百万光年 的量级,因为它产生的特定高能辐射信号更独特,更容易从背景中区分出来。

影响因素:

1. 爆炸的能量和辐射特性: 沙皇炸弹虽然是最大的核武器,但相比于超新星爆发或伽马射线暴等宇宙事件,其能量仍有差距。
2. 观测者的位置: 如果观测者恰好在爆炸路径上,看到的是最强的冲击波和辐射,那看到的距离会更远。但我们讨论的是一般情况下的“观察”。
3. 宇宙背景噪声: 宇宙本身充满各种辐射源,如星系、黑洞等。观测者需要能够将沙皇炸弹的光与这些背景光区分开来。
4. 技术进步: 未来望远镜技术的发展,灵敏度会更高,观测距离也会更远。

所以,总结一下:

以我们现有最顶尖的技术,如果要在太空中引爆一颗沙皇炸弹,并且能被我们观测到:

光学波段(可见光): 我们可以观测到的最远距离,可能在 数十万光年 的级别。这取决于望远镜的曝光时间和灵敏度,能够将爆炸的瞬时闪光从宇宙背景中分辨出来。
高能辐射波段(X射线/伽马射线): 由于其信号的独特性,我们可能能够探测到更远的距离,达到 数百万光年 甚至更远一些。

这还是一个理论上的估算。实际观测会受到很多复杂因素的影响。但可以肯定的是,在广袤的宇宙尺度上,即便是沙皇炸弹这样巨大的能量释放,一旦离开我们近旁,光芒也会迅速变得微弱,需要极高的灵敏度才能捕捉到。它更像是一场短暂而极其耀眼的“宇宙烟花”,能看到它的“观众”能有多远,就看我们望远镜的“眼睛”有多锐利了。

网友意见

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这篇回答有很多谬误之处,有不少已经被评论区的大大们指出来了,但……我实在懒得改了,希望有大佬另外写个回答帮我纠正一下(逃

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根据沙皇炸弹 - 维基百科,自由的百科全书,沙皇炸弹释放的能量相当于5000万吨TNT当量,约合 ,且这样多的能量在39纳秒内被释放出来,因此平均功率相当于 。

【修正:根据Effects of nuclear explosions,大概有一半的能量以电磁波的形式释放出来,也就是说,是 】

上图为沙皇炸弹爆炸时的照片

相比较,太阳的光度为 (Ref:Sun - Wikipedia),也就是说沙皇炸弹的光度大约相当于 。【修正: 】

可别小看它,这相当于一颗M3【修正:M4】型主序星的光度(Ref:Red dwarf - Wikipedia)!

上图为游戏Elite: Dangerous中的M型主序星

我们知道,太阳的绝对(热)星等是4.83,折算出来沙皇炸弹的绝对星等大约相当于9.46等。【修正:10.22等】

这是什么概念呢?哈勃太空望远镜(HST)的极限星等大约是31等,因此根据距离模数的公式(Ref:Distance modulus) ,代入 和 ,得到 !【修正: 】

上图为哈勃太空望远镜的照片

我们举几个数对比一下。银河系的直径大约是 (Ref:Milky Way - Wikipedia),而已发现的比这个距离近的银河系卫星星系有13个(Ref:List of nearest galaxies)!

上图为本星系群Local Group的示意图

当然,如果我们把沙皇炸弹扔到某个星系里,还真未必发现的了……毕竟相对附近的大多数恒星,它还是太暗了。此外,沙皇炸弹主要辐射波长应该在X射线波段和γ射线波段,而HST是一台光学红外望远镜,因此实际上真把沙皇炸弹扔那么远,HST还真未必看得到。但是至少,我的计算表明了一点,就是沙皇炸弹是可以在光年级别的距离上探测到的——当然,前提是附近没有亮得多的光源,比如太阳;并且你得一直盯着太阳系看,因为沙皇炸弹的光亮转瞬即逝(感谢 @安国大将军 提醒)!

P.S. 比起恒星,沙皇炸弹更类似一个瞬时的γ射线暴。也许Chandra和Fermi这样的望远镜可以记录到类似的现象╮(╯▽╰)╭毕竟,沙皇炸弹如果在某个星系内引爆,必然会发现某颗恒星在X和γ波段突然闪耀(感谢 @浪客 提醒)

事实上,假如我们引爆它的时候,恰好有外星人在记录太阳的光变曲线,那么它们将发现太阳的光度有1%的增大,而很大概率地,它们会将其解释为太阳活动,而非一颗大大大大大炸弹……(前提是外星人的“Kepler望远镜”记录的是热光度的变化)

(上图是一次系外行星凌日。那个小凸起是不是就像是沙皇炸弹造成的光变?)

(P.S. 图源:The transit light curve带小凸起的曲线实际上是TrES-1的光变曲线

所以如果我们想在宇宙中制造一点小光亮,不如试试这个视频里的方法,用激光来改变光变曲线,使其看起来根本不可能是自然产生的~

【中英双字】我们能把地球隐藏起来不被外星人发现吗?_趣味科普人文_科技_bilibili_哔哩哔哩 https://www.bilibili.com/video/av12645392/

是的,最后这个视频确实是一个广告,因为那个up主就是我~~~~~

P.S. 弹幕里之所以那么多人刷三体还是得怪我,我加了个“三体”的标签…………

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