觀測銀心黑洞的事件視界望遠鏡,為什麼要數十臺望遠鏡同時合成?

2020-12-03 星辰大海路上的種花家

對於有選擇困難的朋友來說，黑洞與外星人之間似乎很難選擇，因為哪個都想看！但這是一個單項選擇題，只能選一個，當然我們只能選技術難度更大的，而不是機會更難得的！畢竟一個是提升人類科技水平的選項，而另一個卻是除了圍觀熱鬧外再無其他相關促進作用！那麼這兩個中哪個更難一些呢？是外星人嗎？先不忙回答問題，我們來做個簡單分析！

一、黑洞照片很容易獲得嗎？

這幅圖像來自於1978年，當然它不是一張真實的照片，而是IBM7040卡式計算機根據黑洞的理論特徵模擬出來的黑洞照片！相信您應該很熟悉，因為《星際穿越》中的卡岡圖雅就是以它為藍本製作的！

但即使到現在為止我們也沒有獲得過真正的黑洞照片，也許各位會很好奇，黑洞不是天然存在的天體麼，只要足夠強大的望遠鏡，我們就能對它拍一個照片！確實如此，黑洞會有一個吸積盤，就如卡岡圖雅，物質在吸積盤內被強烈壓縮致物質原子外層的電子躍升到超高能，然後跌落時輻射出從紅外線到極紫外以及X射線以及高能伽瑪射線等全波段的電磁輻射！按理來說黑洞會有一個猶如恆星般明亮的圖像！是這樣嗎？

很抱歉，不是！因為黑洞強大的引力會導致可見光的引力紅移，因此即使在黑洞近處也只能看到上圖一般極其暗紅色的可見光，而在更遙遠的，比如距離銀心2.6萬光年遠的地球，即使有強大天文望遠鏡，也被銀心厚厚的銀道面塵埃帶遮擋我們並不能一窺究竟！那麼如何來對黑洞的事件視界來一個成像呢？首先我們要選擇能夠穿透塵埃帶的波段，其次解析度要足夠高！

根據能穿透塵埃帶的射電波段成像分析（同時要穿透大氣層，因為我們無法製造大型空間望遠鏡，只能在地面建設），要對銀心黑洞的Sgr A*成像的話（為什麼要對銀心黑洞？因為只有它才有足夠龐大的吸積盤）大約需要地球直徑大小口徑的射電望遠鏡！這明顯是一件不可能的事情，但現代科技的進步使得我們有了一個新的方式：使用分布在地球各處的射電望遠鏡陣列來合成這個超大口徑！

上圖是參與此次黑洞成像的望遠鏡陣列！參與此次黑洞成像的望遠鏡有：加州理工學院次毫米天文臺（CSO）、阿塔卡馬探路者實驗（APEX）、IRAM 30米望遠鏡（IRAM）、麥克斯威爾望遠鏡（JCMT）、赫茲望遠鏡（AROSMT）、阿塔卡馬次毫米波實驗望遠鏡（ASTE）、毫米波天文學研究用組合陣列（CARMA）.........

當並不是簡單的將這些望遠鏡的信息疊加，因為這樣並不會增加解析度，而是要同時（必須在原子鐘的同步協調下記錄同一時刻黑洞事件世界所發出的射電波段信息），然後將其合成一具超大口徑的射電望遠鏡！為確保所有望遠鏡同時工作，甚至都沒有使用高速網絡傳遞信息，而是直接將信息記錄下來後再統一處理成黑洞的事件視界照片！這也是參與的望遠鏡並非是全球的射電望遠鏡，只是大約能同時看到銀心Sgr A*黑洞的部分望遠鏡的原因！當然由於地球自轉的關係，這個區域甚至連1/3的地球面積都不到，需要多次同步數據的疊加才能達到這個照片的要求！而這個照片的清晰度則則完全取決於取得的同步數據量！

儘管在計算機中已經模擬了千百萬次，但再優秀的模擬都不如我們親眼看到！儘管再過幾天就能看到黑洞的照片，但筆者仍然有些急不可耐，是不是一點都沒有耐心？確實如此，人生在世有幾個愛好，其中最大的一個就是好奇，這是人類的天性，也是探索的動力！您好奇嗎？

二、外星人的照片容易獲得嗎？

似乎更難，因為黑洞的照片還有技術理論來努力取得，但外星人卻一直在宇宙中飛，哪天能見到是個未知數，甚至有沒有外星人也是個未知數，因此對於這種虛無縹緲的要求，或者取得的照片，我們也持有疑慮，當然外星人的造型我們已經在科幻片中看過千百遍，當下一次我們看到真正的外星人時，是不是會懷疑這些外星人的照片是假的？

說實在的，筆者也非常想看到外星人的照片，但事實是看到的照片是如何取得這是一個問題，因為對於外星人照片的拍攝要求實在是太低了，人手一個的手機就是拍攝工具，真假無從分辨，即使不處理，那麼COSPLAY一個外星人拍攝下我們也無法區分，那麼此時您還期待嗎？即使是真的又如何？沒有後續更進一步的接觸，想必是誰都無法相信這個外星人照片的真假！因此在這個意義上，僅憑一張照片，我們沒有想看的欲望！

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