第一個(gè)黑洞是怎么拍攝出來的？
第一個(gè)黑洞是怎么拍攝出來的？
下面是學(xué)習(xí)啦小編收集整理的關(guān)于黑洞的天文知識(shí)，一起來看看吧！
有史以來第一張直接成像的黑洞照片終于出來了!
國(guó)家科學(xué)基金會(huì)(NSF)剛剛?cè)蛲?，發(fā)布了2017年4月拍攝的室女A星系(M87)中心的黑洞照片。雖然我有點(diǎn)小小的失望，一是此前就以吊足我們胃口的銀河系中心黑洞照片并沒有出來;二是直接成像的黑洞照片并不像此前期待中那樣極度壯觀，事前想象的驚掉下巴也楞沒掉下去。不過這畢竟是人類歷史上第一次直接拍攝到黑洞照片，肯定有很多朋友急切地想知道，為什么我們看到第一張黑洞照片如此模糊，拍攝會(huì)如此艱難，需要等待如此漫長(zhǎng)的時(shí)間，以至一生研究黑洞，對(duì)黑洞理論發(fā)展做出主要貢獻(xiàn)的英國(guó)著名理論物理學(xué)家霍金，也無法在有生之年一睹它的風(fēng)采，而抱憾離去。
一、黑洞是什么?
雖然大家早已對(duì)黑洞熟悉得不能再熟悉了，我首先還是要提出這個(gè)問題。我們的宇宙極為空曠，相當(dāng)于平均每四立方米空間里只有一個(gè)質(zhì)子，然而這并不是宇宙的真實(shí)情況，因?yàn)榻^大多數(shù)物質(zhì)都聚集在一起，形成了星系、恒星及行星等天體，宇宙中絕大多數(shù)地方的密度比這還要小得小得多!宇宙就像一張巨大的，無邊無際的網(wǎng)，星系、恒星、行星等物質(zhì)就是網(wǎng)本身，而網(wǎng)間的空白則是宇宙真空，所有天體都靠引力編織在一起。
在我們眼里的宇宙，恒星占據(jù)了絕對(duì)主力的位置，向上，它組成了星系，向下，它維系著行星、衛(wèi)星及小行星、碎片等組成的恒星系統(tǒng)，是我們地球生命之所以能誕生的關(guān)鍵。
宇宙中的恒星，都是由氫聚集在一起形成的。有質(zhì)量很小的紅矮星，約占宇宙中恒星總數(shù)的73%，我們太陽周圍最近的65顆恒星，有50顆都是紅矮星。由于紅矮星質(zhì)量較小，氫在其中心聚變反應(yīng)的速度較慢，因此可以穩(wěn)定燃燒數(shù)萬億年到十幾萬億年的時(shí)間，而目前宇宙整個(gè)才形成137億年，因此對(duì)我們來說，紅矮星幾乎可以說是永恒的存在，沒有生命的盡頭。
像我們太陽大小的恒星，其壽命大約有100多億年。在生命周期的末期，太陽會(huì)因核心溫度升高加快氫聚變，釋放更多能量變成紅巨星，將水星、金星甚至地球都吞沒;太陽中心的氫燃燒完后，會(huì)在1億度高溫下點(diǎn)燃氦聚變，燃燒氫聚變生成的氦，逐步形成致密的白矮星核心。經(jīng)過不斷的氦閃和脈動(dòng)，太陽外層的氣體被不斷驅(qū)離，最后裸露出核心的白矮星，太陽就會(huì)停止聚變反應(yīng)，變得和地球差不多大。
比太陽更大的恒星，如果最后剩下的致密核心超過1.4倍太陽質(zhì)量，就會(huì)經(jīng)歷超新星爆炸，核心在引力作用下急劇坍縮成中子星，直徑只有十多公里;而如果質(zhì)量達(dá)到太陽的3.2倍以上，就會(huì)坍縮成我們今天的主角——黑洞。
所以黑洞是聚集在一起的物質(zhì)無法對(duì)抗自身引力而坍縮形成的致密天體，是宇宙中時(shí)間和空間破裂的地方，宇宙的物理定律在黑洞里面已經(jīng)不起作用了，你甚至可以把它理解為一個(gè)和我們宇宙無關(guān)的地方，我們誰也不知道進(jìn)了這個(gè)洞，會(huì)去到哪里，會(huì)發(fā)生什么。
二、黑洞像什么?
黑洞的所有質(zhì)量都集中在中心那個(gè)密度趨近于無限的奇點(diǎn)。由于黑洞引力奇大，周圍一定范圍內(nèi)任何物質(zhì)都無法逃脫，而只有乖乖地等待著被吸進(jìn)奇點(diǎn)，沒有任何辦法可以再重返這個(gè)宇宙。比如你被吸進(jìn)黑洞后，你和這個(gè)宇宙的唯一交集，也就只剩下你的質(zhì)量帶來的引力了。
這個(gè)所謂的一定范圍，就是黑洞的事件視界。黑洞的引力是如此強(qiáng)大，以至于在這個(gè)視界表面，連光都無法逃離——進(jìn)入這個(gè)視界，你就被這個(gè)世界徹底屏蔽了，你所發(fā)生的一切事件，這個(gè)宇宙都不再有任何人能看見。大概這就是事件視界這個(gè)名稱的由來，視界之外，你還是你，視界之內(nèi)，誰也不知道你是什么了。
由此你就可知道黑洞像什么了。黑洞實(shí)際不是一個(gè)洞，而是完全黑色的球體——由于光線無法逃離視界，我們能看到的黑洞就是一個(gè)以視界為半徑的純黑球體。黑洞質(zhì)量越大，視界半徑也越大。由于視界半徑與黑洞質(zhì)量成正比，而視界內(nèi)的體積以三次方增長(zhǎng)，所以質(zhì)量越大的黑洞，其視界內(nèi)的密度反而越小，一些超大質(zhì)量的黑洞，其密度甚至比空氣還輕!
然而，宇宙空間極其廣袤，最主要的是極其空曠，到處都漆黑一團(tuán)，一個(gè)純黑的球體在里面，你就可想而知了，所以黑洞像什么，我寫到這里，實(shí)際還是沒有答案。一些科學(xué)家甚至認(rèn)為，太空中可能存在很多很多這種看不見的黑洞，宇宙中憑空消失的大部分物質(zhì)——暗物質(zhì)，可能就是由這些黑洞構(gòu)成的，當(dāng)然，這個(gè)假設(shè)并不是目前關(guān)于暗物質(zhì)的主流理論。
可能你已經(jīng)迫不及待想問了，究竟怎樣才能看見黑洞啊?
黑洞雖然看不見，但它擁有強(qiáng)大的引力，可以和周圍的物質(zhì)相互作用，我們可以通過觀察宇宙中物質(zhì)的異常狀態(tài)來發(fā)現(xiàn)黑洞。比如光線的扭曲，異?；钴S的物質(zhì)運(yùn)動(dòng)等等。換言之，我們能夠看見的是黑洞的輪廓，通常在黑洞周圍，由于強(qiáng)大引力的作用，會(huì)有被加熱的超級(jí)明亮的氣體圍繞其視界高速運(yùn)動(dòng)。
雖然如此，但黑洞實(shí)際還是很難被發(fā)現(xiàn)，因?yàn)楹诙葱纬珊髸?huì)吸入它周圍的物質(zhì)，加之它和其它天體比起來小得可憐，導(dǎo)致它很難被直接觀察到。就像你在熊熊燃燒的火焰里放一個(gè)小小的玻璃球，雖然它可以影響周圍物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)，但你是很難注意到它的存在的。
所以要想看見黑洞，還需結(jié)合它對(duì)周圍天體的作用和影響進(jìn)行觀測(cè)。比如，當(dāng)黑洞吸入恒星材料時(shí)，會(huì)在周圍形成巨大的吸積氣盤，盤中的氣體在強(qiáng)大的引力作用下，獲得巨大的能量，從而劇烈地摩擦發(fā)熱，輻射出強(qiáng)烈的的X射線。通過檢測(cè)這些高能射線，我們就可間接獲知黑洞的存在，并進(jìn)行研究。
即使如此，自黑洞理論誕生以來，能夠被確認(rèn)為黑洞候選者的天體也寥寥可數(shù)，更沒有任何一個(gè)黑洞被直接觀察到。
三、看見第一個(gè)黑洞有多難?
要看到一個(gè)黑洞是如此的困難，如此的令人絕望，相信很多人已經(jīng)放棄，該干嘛就干嘛去了。但科學(xué)家們是永遠(yuǎn)不會(huì)說放棄的，因?yàn)樵谖覀冦y河系的中心，就有一個(gè)400萬倍太陽質(zhì)量的超大質(zhì)量黑洞，如果連我們自家星系的這個(gè)龐然大物都看不到，怎么能說人類科學(xué)進(jìn)步已到達(dá)新的高度了呢?
然而理想是豐滿的，現(xiàn)實(shí)是骨感的。雖然銀河系中心的超大質(zhì)量黑洞質(zhì)量達(dá)太陽的400萬倍，但其直徑僅為4400萬公里，連水星軌道的一半都不到。也就是說，假如把這個(gè)黑洞放到太陽的位置，其視界還不到水星軌道的一半。
也許你會(huì)說，這么大啊?已經(jīng)不小了吧!問題是，銀河系中心離我們的距離為26000光年，要想看到這個(gè)黑洞，根據(jù)科學(xué)家們的說法，就相當(dāng)于我們要從地球上看到月球上的一個(gè)檸檬!
除非我們的眼睛和地球一樣大，否則一切免談!
即使你的眼睛真的和地球一樣大，那也是看不到的，因?yàn)樵阢y河系中心黑洞和我們地球之間，橫亙著一圈巨大的塵埃環(huán)，擋住了我們的視線，否則我們?cè)谝雇硌鐾强盏臅r(shí)候，黑洞所在的人馬座A*會(huì)明亮得多。
似乎一切辦法都沒有了，人類這個(gè)渺小的生命就活該被浩瀚的宇宙忽略，在渺如塵埃的地球上卑微地活著?然而我們是具有高度智慧的生命，我們正在向宇宙規(guī)律發(fā)起挑戰(zhàn)，沒有什么是我們不能做到的。
四、如何拍攝第一個(gè)黑洞?
2017年，北京時(shí)間4月10日21點(diǎn)整，天文學(xué)家召開全球新聞發(fā)布會(huì)，宣布首次直接拍攝到黑洞的照片。這個(gè)黑洞位于代號(hào)為M87的星系當(dāng)中，距離地球5500萬光年之遙，質(zhì)量相當(dāng)于60億顆太陽。
這張照片來之不易，為了得到這張照片，天文學(xué)家動(dòng)用了遍布全球的8個(gè)毫米/亞毫米波射電望遠(yuǎn)鏡，8個(gè)觀測(cè)點(diǎn)通過“甚長(zhǎng)基線干涉測(cè)量技術(shù)”聯(lián)合起來，組成虛擬望遠(yuǎn)鏡網(wǎng)絡(luò)——如同地球直徑大小的“事件視界望遠(yuǎn)鏡”(Event Horizon Telescope，縮寫EHT)，在集齊所有觀測(cè)數(shù)據(jù)并深度分析后，成功拍到人類歷史上第一張黑洞照片。
而拍照難，洗照也不易，一洗就是兩年。為什么“沖洗”需要這么長(zhǎng)時(shí)間呢?一方面是由于數(shù)據(jù)量非常大，涉及到全球八個(gè)不同地方的望遠(yuǎn)鏡，另一方面是因?yàn)樵跀?shù)據(jù)處理的過程當(dāng)中有很多技術(shù)難點(diǎn)，導(dǎo)致處理時(shí)間比較長(zhǎng)。