看黑洞的照片看饿了这真的不是甜甜圈吗

2019-04-11 14:29:06

来源: 舜网-济南时报

作者:刘丹整理

责任编辑:李欢

看黑洞的照片看饿了这真的不是甜甜圈吗

看黑洞的照片看饿了这真的不是甜甜圈吗

看黑洞的照片看饿了这真的不是甜甜圈吗

◎“拍摄”日期:2017年起

◎摄影器材:全球8台射电望远镜

包括中国在内的全球60多个研究机构看旋转从地球上看,这个距离我们5000万光年的M87黑洞是在顺时针旋转的。看颜色照片的红色是后期处理的效果,你也可以理解为一种“照骗”了。看结构中间黑色的才是黑洞本体,直径大概一千亿公里,周围是被它吸积成一圈的气体。看形状这个黑洞的自旋方向在远离地球,由于多普勒效应,光圈并不均匀,呈现出南北一边较为明亮一边较为暗的效果。

长久以来在电脑上模拟得到的黑洞形象,第一次真实地呈现在我们的眼前。2019年4月10日,人类终于看见黑洞真容!

这张在全球多地同步公布的“大片”,证实了神秘天体黑洞的存在,也使得爱因斯坦的百年猜想终得检验!

经过10多年准备,四大洲8个观测点组成虚拟望远镜网络——一个如同地球直径大小的事件视界望远镜,在集齐所有观测数据并深度分析后,让黑洞终于拥有了一张“正面照”。为什么要给黑洞拍照?证实爱因斯坦又说对了

两百多年前,就有科研人员设想宇宙中存在一种质量巨大、引力强到连光也无法逃脱的天体。爱因斯坦在一百多年前提出的广义相对论,可用于计算出这种天体的若干性质。但黑洞作为一个科学术语,直到20世纪60年代才由美国天体物理学家约翰·惠勒提出。

几十年来,黑洞引发人们无数遐想,但没有人知道它的真正模样。正因为这个,第一张黑洞照片才备受期待,被誉为“非凡的科研成果”,是天文学上的“重要里程碑”,“具有历史性意义”。

“观测结果与理论预言一致,这证实在黑洞这样的极端条件下,广义相对论仍然成立。”中国科学院上海天文台台长沈志强说,先辈科学家为我们这个世界搭建的理论模型,再次经受住考验。

拍一张照片到底有多难?光是“冲洗”就花了两年

由于光线无法逃出黑洞,科研人员要拍的实际上是黑洞产生的“阴影”以及周围的吸积盘等,从而描绘出黑洞的轮廓。此次拍照的一个目标是代号为M87的超巨椭圆星系中心黑洞,它的质量是太阳的65亿倍,但离我们实在太远,达到5500万光年。

要拍摄这么远的对象,科学家模拟出口径像地球一样大的望远镜,这就是“事件视界望远镜”,它集合了分布在全球各地的多个射电望远镜。从智利阿塔卡马沙漠到南极冰原,从西班牙的高山到夏威夷的海岛,8个射电望远镜通过“甚长基线干涉测量技术”联合起来,成功拍到人类历史上第一张黑洞照片。

要顺利拍照,不仅要“看”得远,还要选对频道。“对黑洞成像而言,最佳的波段进行观测至关重要,这个波段就在1毫米附近,成像的分辨率相当于能在黑龙江漠河阅读南沙群岛上的一张报纸。”上海天文台研究员路如森说。

拍照难,洗照也不易,一洗就是两年。望远镜记录下的海量数据,需要进行复杂的后期处理和分析,才能获取最终的黑洞图像。以2017年4月的观测为例,每个台站的数据率达到惊人的32GB/秒,8个台站在5天观测期间共记录约3500TB的数据。专家表示,如果是像看电影一样不间断地看,至少需要500多年才能看完。

为何照片看起来有点糊?只能看到有限的几个像素

和光学照片的清晰度问题一样,根源在于分辨率。根据天文学家所了解的知识,要想提高望远镜的分辨率,可以做两方面的努力:一是降低观测频段光子的波长(等价于增强能量),二是增加望远镜的有效口径。值得注意的是,此处的有效口径,其实取决于望远镜网络当中相距最远的两个望远镜之间的距离。2017年有8个亚毫米波望远镜加入了观测,2018年北极圈之内格陵兰岛的亚毫米波望远镜也加入其中,基线长度进一步增加,也进一步改善了望远镜的分辨率。

然而,尽管我们现在的亚毫米望远镜基线已经达到了1万公里,但空间分辨率刚达到黑洞视界面的尺寸,所以在科学家们观测的有限区域内,就相当于只有有限的几个像素。在《星际穿越》电影当中,天文学家基普·索恩设想的黑洞形象——包括吸积盘的许多具体细节——都通过技术手段呈现了出来,然而在真实的情况下,我们在照片中只能看到吸积盘上的几个亮斑而已。

中国发挥了什么作用?从观测到理论分析全程参与

在“事件视界望远镜”项目中,中国科学院天文大科学研究中心(国家天文台、紫金山天文台和上海天文台)参与了位于美国夏威夷的东亚JCMT望远镜对黑洞的观测,多名中国学者是此次黑洞照片相关论文的作者。这也是此次黑洞照片在全球六地同步发布,上海名列其中的原因。

不过,中国天文学界清醒地认识到目前的“参与者”角色。中国科学院国家天文台副台长薛随建指出,这次“算是重在参与”,但为在相关科研领域“机制性参与国际合作组织、逐渐发挥越来越重要的作用,做出了良好的示范”。

太空可能是中国未来能发挥更多作用的地方。项目科学委员会主席法尔克说,今后要拍摄更好的黑洞照片,就需要比地球还大的望远镜,这就需要走向太空,“中国在射电干涉测量技术和太空探索方面的能力正快速增长,我期待未来中国能成为这个领域的重要一员”。(本版稿件除署名外综合新华社、澎 湃新闻、中国科普博览等)

●网友热议

黑洞,比不上网友的脑洞

@我和动漫的日常:黑洞像小太阳……宇宙:我好寂寞,于是打开小太阳独自取暖。@今天认识司桂恒同学了吗:我觉得黑洞就像我的头,清楚地看到我的发际线。@本兔是猫:黑洞难道不像明天我要吃的煎鸡蛋吗?@Eif_night:黑洞难道就不是烧着的煤炭洞? (刘丹整理)

原标题:看黑洞的照片看饿了这真的不是甜甜圈吗

值班主任:李欢

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