第一個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，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!

　　國家科學(xué)基金會(NSF)剛剛?cè)蛲剑l(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，拍攝會如此艱難，需要等待如此漫長的時間，以至一生研究黑洞，對黑洞理論發(fā)展做出主要貢獻的英國著名理論物理學(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?

　　雖然大家早已對黑洞熟悉得不能再熟悉了，我首先還是要提出這個問題。我們的宇宙極為空曠，相當于平均每四立方米空間里只有一個質(zhì)子，然而這并不是宇宙的真實情況，因為絕大多數(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間，而目前宇宙整個才形成137億年，因此對我們來說，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，會在1億度高溫下點燃氦聚變，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，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)量達到太陽的3.2倍以上，就會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)無法對抗自身引力而坍縮形成的致密天體，是宇宙中時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和我們宇宙無關(guān)的地方，我們誰也不知道進了這個洞，會去到哪里，會發(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密度趨近于無限的奇點。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奇點，沒有任何辦法可以再重返這個宇宙。比如你被吸進黑洞后，你和這個宇宙的唯一交集，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大，以至于在這個視界表面，連光都無法逃離——進入這個視界，你就被這個世界徹底屏蔽了，你所發(fā)生的一切事件，這個宇宙都不再有任何人能看見。大概這就是事件視界這個名稱的由來，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。黑洞實際不是一個洞，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，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，一個純黑的球體在里面，你就可想而知了，所以黑洞像什么，我寫到這里，實際還是沒有答案。一些科學(xué)家甚至認為，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，當然，這個假設(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，異常活躍的物質(zhì)運動等等。換言之，我們能夠看見的是黑洞的輪廓，通常在黑洞周圍，由于強大引力的作用，會有被加熱的超級明亮的氣體圍繞其視界高速運動。

　　雖然如此，但黑洞實際還是很難被發(fā)現(xiàn)，因為黑洞形成后會吸入它周圍的物質(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小小的玻璃球，雖然它可以影響周圍物質(zhì)的運動，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)合它對周圍天體的作用和影響進行觀測。比如，當黑洞吸入恒星材料時，會在周圍形成巨大的吸積氣盤，盤中的氣體在強大的引力作用下，獲得巨大的能量，從而劇烈地摩擦發(fā)熱，輻射出強烈的的X射線。通過檢測這些高能射線，我們就可間接獲知黑洞的存在，并進行研究。

　　即使如此，自黑洞理論誕生以來，能夠被確認為黑洞候選者的天體也寥寥可數(shù)，更沒有任何一個黑洞被直接觀察到。

　　
三、看見第一個黑洞有多難?

　　要看到一個黑洞是如此的困難，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)家們是永遠不會說放棄的，因為在我們銀河系的中心，就有一個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龐然大物都看不到，怎么能說人類科學(xué)進步已到達新的高度了呢?

　　然而理想是豐滿的，現(xiàn)實是骨感的。雖然銀河系中心的超大質(zhì)量黑洞質(zhì)量達太陽的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，要想看到這個黑洞，根據(jù)科學(xué)家們的說法，就相當于我們要從地球上看到月球上的一個檸檬!

　　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，因為在銀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，否則我們在夜晚仰望星空的時候，黑洞所在的人馬座A*會明亮得多。

　　似乎一切辦法都沒有了，人類這個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、如何拍攝第一個黑洞?

　　2017年，北京時間4月10日21點整，天文學(xué)家召開全球新聞發(fā)布會，宣布首次直接拍攝到黑洞的照片。這個黑洞位于代號為M87的星系當中，距離地球5500萬光年之遙，質(zhì)量相當于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)家動用了遍布全球的8個毫米/亞毫米波射電望遠鏡，8個觀測點通過“甚長基線干涉測量技術(shù)”聯(lián)合起來，組成虛擬望遠鏡網(wǎng)絡(luò)——如同地球直徑大小的“事件視界望遠鏡”(Event Horizon Telescope，縮寫EHT)，在集齊所有觀測數(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”需要這么長時間呢?一方面是由于數(shù)據(jù)量非常大，涉及到全球八個不同地方的望遠鏡，另一方面是因為在數(shù)據(jù)處理的過程當中有很多技術(shù)難點，導(dǎo)致處理時間比較長。