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      人类首张黑洞照片长什么样 第一张黑洞照片怎么拍的

      2019-04-11  来源:天气网  【字体:  

        导语:对于黑洞,我们从来都只是听说,或从影视剧作品中看到,但实际上却没有一张真实的照片。不过,近期,世界多个国家联合发布了史上第一张黑洞照片。那么,人类首张黑洞照片长什么样?第一张黑洞照片怎么拍的?下面我们一起来了解相关内容。

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      人类首张黑洞照片长什么样 第一张黑洞照片怎么拍的

      首张黑洞照片

        人类首张黑洞照片揭示了室女座星系团中超大质量星系 Messier 87中心的黑洞。该黑洞距离地球5500万光年,质量为太阳的65亿倍。图中心的暗弱区域即为“黑洞阴影”。

        为了能一睹黑洞真容,2017年4月5日到14日之间,来自全球30多个研究所的科学家们启动了一项雄心勃勃的庞大观测计划。他们将分布于全球不同地区的8个射电望远镜阵列组成一个虚拟望远镜网络,希望利用其捕获黑洞影像。

        最终,科学家们成功拍摄到了黑洞的第一幅“照片”。

        北京时间2019年4月10日21时,这张照片在美国华盛顿、中国上海和台北、智利圣地亚哥、比利时布鲁塞尔、丹麦灵比和日本东京六地同时发布。传说中的黑洞终于揭开神秘面纱。

        黑洞照片发布三大难点:

        第一,数据运输花了很长时间,最后用飞机花了几个月运输千万亿大小字节的数据;

        第二,对校准非常小心,观测所有黑洞在本质上起重要作用的小碰撞和摆动;

        第三,内部设立独立审查小组处理所有数据。

        黑洞照片拍摄到冲洗用两年

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      黑洞拍照

        准备“相机”:

        广义相对论预言,虽然黑洞本身不发光,但因为黑洞的存在,周围时空弯曲,气体被吸引下落。气体下落至黑洞的过程中,引力能转化为光和热,因此气体被加热至数十亿度。黑洞就像沉浸在一片类似发光气体的明亮区域内,事件视界看起来就像阴影,阴影周围环绕着一个由吸积或喷流辐射造成的如新月状的光环。

        爱因斯坦的广义相对论已预测过这个“阴影”的存在,以及它的大小和形状。

        科学家们期望这次能直接捕获到这个黑洞“阴影”的图像。

        中国科学院上海天文台研究员路如森说:“对黑洞阴影的成像将能提供黑洞存在的直接‘视觉’证据。”

        路如森说:“这就必须要保证望远镜足够灵敏,能分辨的细节足够小,从而能保证看得到和看得清。”

        但满足上述所有条件,望远镜的口径需要像地球大小。

        然而,目前地球上已有的单个望远镜最大口径也只有500米。

        那该怎么办?

        聪明的天文学家们想到了一个好办法——搞强强联合。

        把地球上现有的一些望远镜“组合”起来,就能够形成一个口径如地球大小的“虚拟”望远镜,其所达到的灵敏度和分辨本领都是前所未有的。

        于是,全球超过200名科学家达成了“事件视界望远镜”(EHT)这一重大国际合作计划,决定利用甚长基线干涉测量技术。

        专家表示:“就是利用多个位于不同地方的望远镜在同一时间进行联合观测,最后将数据进行相关性分析之后合并,这一技术在射电波段已相当成熟。”

        最终,科学家们选定了来自全球多地的包括南极望远镜等8个亚毫米射电望远镜。

        路如森说:“它们多数都是单一望远镜,比如夏威夷的JCMT和南极望远镜。也有望远镜阵列,比如ALMA望远镜是由70多个小望远镜构成。”

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      黑洞拍照

        选定目标:

        在组建大型虚拟望远镜的同时,科学家们也在寻找着合适的拍摄目标。

        黑洞剪影和周围环绕的新月般光环是非常非常小的。在拍照设备能力有限的情况下,要想拍摄到黑洞照片,必须找到一个看起来角直径足够大的黑洞作为目标。

        科学家们甄选了一圈之后,决定将近邻的两个黑洞作为主要目标:一个是位于人马座方向的银河系中心黑洞Sgr A*,另一个则是位于射电星系M87的中心黑洞M87*。

        专家说:“由于黑洞事件视界的大小与其质量成正比,这也意味着质量越大,其事件视界越大。我们选定的这两个黑洞质量都超级大,它们的事件视界在地球上看起来也是最大的,可以说是目前最优的成像候选体。”

        尽管如此被选择的两个黑洞已是最优成像候选体,但要清晰为它拍照,难度还是极其大。

        Sgr A*黑洞的质量大约相当于400万个太阳,所对应的视界面尺寸约为2400万公里,相当于17个太阳的大小。然而,地球与Sgr A*相距2万5千光年(约24亿亿公里)之遥。

        调试相机:

        要想看清楚两个黑洞事件视界的细节,事件视界望远镜的空间分辨率要达到足够高才行。要多高呢?

        路如森说:“比哈勃望远镜的分辨率高出1000倍以上。”

        但也别以为,只要虚拟望远镜阵列的分辨率足够高,就一定能成功给黑洞拍照。

        实际情况并没那么简单!如同观看电视节目必须选对频道一样,对黑洞成像而言,能够在合适的波段进行观测至关重要。

        此前的一系列研究表明,观测黑洞事件视界“阴影”的最佳波段是约为1毫米。

        路如森说:“因为气体在这个波段的辐射最明亮,而且射电波也可以不被阻挡地从银河系中心传播到地球。”

        在这种情况下,望远镜的分辨率取决于望远镜之间的距离,而非单个望远镜口径的大小。

        为了增加空间分辨率,以看清更为细小的区域,科学家们在此次进行观测的望远镜阵列里增加了位于智利和南极的望远镜。

        沈志强说:“这样设置是为了要保证所有8个望远镜都能看到这两个黑洞,从而达到最高的灵敏度和最大的空间分辨率。”

      人类首张黑洞照片长什么样 第一张黑洞照片怎么拍的

      黑洞拍照

        正式拍摄:

        8个望远镜北至西班牙,南至南极,它们将向选定的目标撒出一条大网,捞回海量数据,为我们勾勒出黑洞的模样。

        留给科学家们的观测窗口期非常短暂,每年只有大约10天时间。对于2017年来说,是在4月5日到4月14日之间。

        除了观测时间上的限制,拍摄对天气条件要求也极为苛刻。

        “因为大气中的水对这一观测波段的影响极大,水会影响射电波的强度,这意味着降水会干扰观测。” 沈台说,“要想视界面望远镜顺利观测,需要所有望远镜所在地的天气情况都非常好。”

        按照要求,计划选择的8个望远镜所在之处均是位于海拔较高,降雨量极少,全部晴天的概率非常高。

        此外,要成像成功还必须要求所有望远镜在时间上完全同步。

        北京时间2017年4月4日,事件视界望远镜启动拍摄,将视线投向了宇宙。最后的观测结束于美国东部时间4月11日。

        观测期间,每一个射电望远镜都收集并记录来自于目标黑洞附近的射电波信号,这些数据然后被集成用于获得事件视界的图像。

        最后,从拍摄到冲洗成功,用了两年的时间。

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