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黑洞看上去是什么樣的,？什么望遠(yuǎn)鏡能做這樣的觀察？觀測中可能遇到什么問題,？ 2019年4月10日,，世界各地的天文學(xué)家們正鼓足干勁，大膽嘗試拍攝第一張黑洞圖像,。這一大膽的想法需要國際合作來構(gòu)建一架口徑如地球大小的望遠(yuǎn)鏡,，并可能徹底改變我們對引力的認(rèn)識。  圖解：位于M87中心的超大質(zhì)量黑洞,，推估質(zhì)量達(dá)太陽的數(shù)十億倍,。這是人類史上第一張直接對黑洞觀測的天文影像，由事件視界望遠(yuǎn)鏡所拍攝,，發(fā)表于2019年4月10日,。 那么黑洞實際看上去是什么樣的？什么望遠(yuǎn)鏡能做這樣的觀察,？觀測中可能遇到什么問題,？ 黑洞看上去是什么樣的？ 天文學(xué)家們認(rèn)為,，大部分像我們銀河系這樣的星系的中心都有特大質(zhì)量黑洞,。特大質(zhì)量是一個官方術(shù)語，它表示太陽質(zhì)量的幾十萬到幾十億倍,。銀河系中心的特大質(zhì)量黑洞是人馬座A*,，它的質(zhì)量是太陽質(zhì)量的400萬倍，卻擠在一個直徑不到日地距離三分之一的空間里,。  圖解：大麥哲倫云面前的黑洞（中心）的模擬視圖,。請注意引力透鏡效應(yīng)，從而產(chǎn)生兩個放大,，以星云最高處扭曲的視野,。銀河系星盤出現(xiàn)在頂部，扭曲成一個弧形,。 盡管黑洞如預(yù)期那樣普遍存在,，以及在我們銀河系后院里也有一個特大質(zhì)量黑洞，從未有人直接描繪過黑洞,。因為從黑洞這一名稱可知,，它們是黑的,，意味著它們?nèi)绱顺砻芤灾劣诠饩€無法逃離。在愛因斯坦的廣義相對論方程中,，預(yù)言了在如此稠密物體的周圍,，引力牽引作用非常強，會使它們周圍的空間彎曲,，導(dǎo)致光線遵循彎曲的路徑,。 德國天文學(xué)家卡爾·史瓦西進(jìn)一步斷定，當(dāng)你逐漸接近一個黑洞,，這種彎曲終究會變得如此強烈,，以至于光線會折回黑洞內(nèi)部，不能逃離,。這一標(biāo)志著不能返回的邊界被稱為事件視界,，有時也被稱為史瓦西半徑。不論勞倫斯·菲什伯恩（電影《黑洞表面》演員）告訴你什么,，一旦你越過黑洞的事件視界,，你就再也回不來了。不過,，你還是可以看看我上一集講掉進(jìn)黑洞里會發(fā)生什么,。  即使沒有直接的觀測結(jié)果，我們也能根據(jù)觀察以不同方式推斷出黑洞的存在,。追蹤圍繞銀河系中心運行的恒星的運動,，舉個例子，為了解釋那些恒星移動的速率,，科學(xué)家們揭示出有一個巨大但那光學(xué)上不可見的物體存在于那里,。天文學(xué)家安德里亞·蓋茲領(lǐng)導(dǎo)了這項工作的大部分工作，你可以在她的研究小組的網(wǎng)站上觀看這些圍繞銀河系中心特大質(zhì)量黑洞的恒星運動時的動畫,。 如果特大質(zhì)量黑洞正在積極地吸積物質(zhì),，我們也能間接看到它們。當(dāng)物質(zhì)掉入黑洞,，會形成一個非常熱的漩渦盤。當(dāng)新加入的物質(zhì)撞擊圓盤,，會以X射線形式放出高能光子,，那樣就可以被觀測到。當(dāng)然,，去年一個全新的觀測方法被引入,，首次引力波探測，揭示了兩個正在合并的中等質(zhì)量黑洞,。  圖解：人馬座A*（中央）與兩個光回波（圈內(nèi)） 但是所有這些方法只能間接觀測黑洞,。4月5日至4月14日進(jìn)行的一項實驗將試圖直接描繪我們黑洞（人馬座A*）的事件視界,。當(dāng)類似氣態(tài)和塵埃的物質(zhì)接近黑洞，它會加速并釋放能量,，在事件視界的位置可以看到環(huán)形或新月狀,。黑洞會給環(huán)的一部分投上陰影，陰影暗藏著黑洞質(zhì)量和尺寸的線索,。愛因斯坦的廣義相對論預(yù)測這些陰影的形狀為圓形,，這是對觀測結(jié)果能被直接測量的預(yù)言。 什么望遠(yuǎn)鏡能觀測黑洞,？ 什么望遠(yuǎn)鏡能做這樣的觀察,？天文學(xué)家們需要一架口徑如地球大小的望遠(yuǎn)鏡，他們通過使用多個望遠(yuǎn)鏡同時觀測來達(dá)到這一目標(biāo),，這些望遠(yuǎn)鏡遍布全球,，從南極到亞利桑那州，從夏威夷到西班牙,。這一望遠(yuǎn)鏡陣列,，包括最近位于智利沙漠中的阿塔卡瑪大型毫米波天線陣列，被統(tǒng)稱為事件視界望遠(yuǎn)鏡,。所有這些望遠(yuǎn)鏡都工作在1.3毫米波長,，換句話說，將在射電波段收集數(shù)據(jù),，這種波長能夠穿透已知環(huán)繞我們（銀河系）中心黑洞的厚塵埃,。  “天文學(xué)家們將需要一架口徑如地球大小的望遠(yuǎn)鏡?！?/span> 每臺望遠(yuǎn)鏡收集的數(shù)據(jù)將儲存在硬盤上,，然后通過飛機(jī)送往波士頓附近的MIT海斯塔克天文臺。在那里,，信號通過一臺相當(dāng)于約800個CPU互連的超級計算機(jī)進(jìn)行合并,。更多關(guān)于天文學(xué)家如何將多個小型望遠(yuǎn)鏡合并成一個大型望遠(yuǎn)鏡的信息，請查看我鈦物理播客上關(guān)于干涉測量學(xué)的作品,。 之所以要用到如此多的望遠(yuǎn)鏡,，是為了創(chuàng)造良好的觀測條件，一臺望遠(yuǎn)鏡可以達(dá)到的角分辨率同它的口徑有關(guān),。望遠(yuǎn)鏡越大,，或者本案中，望遠(yuǎn)鏡陣列里單個望遠(yuǎn)鏡之間的距離越遠(yuǎn),，在天空中就能看到更精細(xì)的細(xì)節(jié),。即將進(jìn)行的觀測有望達(dá)到小于50微秒的分辨率，相當(dāng)于你在紐約的一所公寓里,，能夠近距離感到坐在洛杉磯那兒的桌旁讀25美分硬幣上的字,。相比之下,，它的分辨率是哈勃空間望遠(yuǎn)鏡所見的2000倍。 存在什么問題,？ 雖然射電波段的觀測最有可能穿透黑洞周圍的塵埃,，地球大氣里的水汽仍能影響結(jié)果圖像的清晰度。眾多不同的望遠(yuǎn)鏡介入,，要求每個地點的天氣都是晴朗的,。 每一個數(shù)據(jù)集都被印上時間標(biāo)記，然后發(fā)送到超級望遠(yuǎn)鏡集中處理,。來自不同望遠(yuǎn)鏡的信息最后集合在一起需要非常精確的原子時鐘,。時鐘是特制的氫原子鐘。這些時鐘必須達(dá)到每秒誤差小于一皮秒的精度,。 觀測后的數(shù)據(jù)處理量如此之大,，以至于2018年仍得不到最終圖像。但這將對我們理解像引力這樣基礎(chǔ)的概念起著重大影響,。  事件視界真實存在嗎?關(guān)于光在極端引力存在下如何表現(xiàn)的理論正確嗎?黑洞是如何吸積壯大自己的?天文學(xué)家們觀察到的大規(guī)模準(zhǔn)直等離子體噴流在黑洞周圍是如何形成的? 如果實驗成功,，事件視界望遠(yuǎn)鏡項目的科學(xué)家們計劃將觀測目標(biāo)定位于巨型橢圓星系M87中心的特大質(zhì)量黑洞。盡管距離更遠(yuǎn),，這一黑洞的質(zhì)量估計是太陽質(zhì)量的60億倍,，也就是人馬座A*質(zhì)量的1500倍。愛因斯坦的理論還正確嗎,？敬請期待…… 相關(guān)知識 位于銀河系中心,，被認(rèn)為是一個超大質(zhì)量黑洞。人馬座A*可能就是此超大質(zhì)量黑洞的位置,。圍繞人馬座A*的星體的速度比銀河系內(nèi)其他星體的速度都要高,。其中一顆稱為S2的星體，就是以秒速5000公里圍繞人馬座A*,。 參考資料 1.WJ百科全書 2.天文學(xué)名詞 3. quickanddirtytips- Perry- Sabrina Stierwalt 如有相關(guān)內(nèi)容侵權(quán),，請于三十日以內(nèi)聯(lián)系作者刪除 轉(zhuǎn)載還請取得授權(quán)，并注意保持完整性和注明出處 翻譯：天文志愿文章組- Perry 審核：天文志愿文章組- 終審：天文志愿文章組-PN結(jié) 排版：天文志愿文章組-零度星系 美觀：天文志愿文章組- 參考資料 1.WJ百科全書 2.天文學(xué)名詞 3.原文來自：https://www./education/science/the-first-ever-image-of-a-black-hole?page=1 （必須保留原文鏈接??！，請自行插入原文鏈接） 本文由天文志愿文章組- Perry翻譯自Sabrina Stierwalt的作品,，如有相關(guān)內(nèi)容侵權(quán),，請于三十日以內(nèi)聯(lián)系運營者刪除。 注意：所有信息數(shù)據(jù)龐大,，難免出現(xiàn)錯誤，還請各位讀者海涵以及歡迎斧正,。 結(jié)束,，感謝您的閱讀與關(guān)注全文排版：天文在線（零度星系） 轉(zhuǎn)載請取得授權(quán),，并注意保持完整性和注明出處 浩瀚宇宙無限寬廣 穹蒼之美盡收眼底 |
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