你要想發現一個黑洞,該如何去找?

1961年，前蘇聯自行廢除了與美國籤訂3年內不搞核武器的協議，進行了一次人類上最大威力的原子彈試驗。

美國慌了！

連忙實施一個緊急計劃，組織成立了一個團隊，研究如何利用空間探測器，探測核爆炸放出的X射線、γ射線和高能粒子。這對監測蘇聯未來的核試驗是很重要的。

這項計劃，在短短的16年間（1962年—1978年），使得X射線望遠鏡的測量精度提高了30萬倍。X射線望遠鏡測量精度的提高，從而讓我們對宇宙的認識發生了革命性的變化。因為，它的使命並不僅僅是為了探測蘇聯的核試驗，後來它成為探測來自太空X射線的主要利器。

X射線望遠鏡，也成為我們要尋找黑洞的第一個主角，閃亮登場了……

我國首次發射成功的X射線望遠鏡

要尋找一個黑洞，我們要從哪裡找？

太陽系裡不可能有黑洞，否則行星的軌道會被它強大的引力糾亂。

因為黑洞是由大質量恆星坍縮形成的，所以最近的黑洞，不太可能比我們發現的，最近的大質量恆星天狼星還更近，它離我們有8光年。再退一步，肯定不會比離太陽最近的恆星半人馬座α更近，它離我們有4光年。

我們知道，黑洞連光都沒法從裡面逃出來，我們用光學望遠鏡肯定是看不到它的。可是，它在經過恆星時，這個在它背後的恆星是不是會被它遮擋一下，這樣我們就能感覺到黑洞的存在了呢？還是不行。

因為一個一般大小的黑洞，周長大概也只是50千米，它的圓盤張成的角不會大於10^-7弧秒。這樣大小的黑洞，從離我們4光年遠的地方去看，比我們看月球上的一根頭髮的直徑還小。比世界上最好的望遠鏡所能分辨的東西還小1000萬倍。這麼小的暗天體，我們是不可能發現它的。

為了尋找黑洞，科學家們絞盡了腦汁。前蘇聯的科學家澤爾多維奇，首先想出了一個似乎行之有效的辦法。他認為，如果恆星與伴星相互環繞形成一個雙星系統，那麼從恆星運動的速度就可以測量伴星的質量，恆星運動的速度越快，說明這個伴星的質量越大，如果這個伴星質量大於2個太陽質量，並且沒有發出一點光，那它有可能是一個黑洞。

雖然，這個辦法進步了些，但還是存在一些問題：第一，估算的暗伴星的質量很容易出現大誤差；第二，黑洞不是恆星能有的唯一暗夥伴，這個我們認為的黑洞，也可能是兩個軌道緊密的總質量達3個太陽質量的冷白矮星，或是2個軌道緊密的暗中子星。

後來澤爾多維奇和諾維科夫又想到了一個更好的方法。因為黑洞會吸引繞著它轉的恆星周圍的氣體，形成一個吸積盤，從而讓氣體加熱形成輻射。因此，為了找黑洞，可以將光學望遠鏡與X射線望遠鏡結合起來。在黑洞候選者所在的雙星系統，一個是光學望遠鏡可以看到的亮星，但是沒有X射線；另一個應該是在光學望遠鏡上看不到，而發現有X射線的天體。

於是他們得出結論，在雙星系統中，有一個光學望遠鏡看不到，而發現有明亮的X射線的天體，並且質量大於2個太陽質量，則這個伴星很有可能就是黑洞。

當時的X射線望遠鏡還比較低級，為了避免大氣層對輻射的幹擾，科學家們想到的是，把探測X射線的儀器送到天上去。

1946年6月28日，為了研究太陽的紫外輻射，美國海軍研究所的弗裡德曼領導的團隊，第一次用二戰中繳獲的德國V-2火箭把光譜儀發送到大氣層之外。V-2火箭後來還搭載了蓋革計算器，不僅用於探測太陽的紫外線還探測其他恆星的輻射，但是當時探測儀器的靈敏度還是太低了。

弗裡德曼和他的X射線探測器

直到1961年，像文中開頭所說的，為了探測蘇聯核爆的輻射，美國在物理學家賈柯尼的領導下，開始研究X射線飛行探測器，並於1962年6月18日，第一次發現了來自太陽系之外天蠍座的X射線。

1970年12月。賈柯尼小組製造的「自由號」X射線探測衛星終於上天了。接著在1978年，他們又放飛了一顆大衛星，稱做愛因斯坦號，這才是世界上第一個真正意義上的X射線望遠鏡。

藝術家對愛因斯坦望遠鏡的描

從賈柯尼火箭到愛因斯坦望遠鏡的發射，在這短短的16年時間裡，X射線探測器的角測量精度提高了30萬倍。1999年發射升空的"錢德拉X射線觀測臺"，它的功能更加強大，對探測星系、類星體和恆星以及尋找黑洞、暗物質的蹤跡有著非常重要的意義。

1964年發現的天鵝X-1，當時並不能確定是不是黑洞，後來用自由號和愛因斯坦X射線望遠鏡證實了它就是一個黑洞，這也是人類在宇宙中發現的第一個黑洞。

黑洞的輻射其實就是電磁波，當然不只是X射線，還有無線電波（射電波）等。無線電波是與X射線相對的另一個極端，X射線的波長很短，而無線電波的波長卻很長。

1932年，楊斯基首次發現了來自銀河系的宇宙無線電波，並且這次無線電波的強度竟然比太陽發出的還要強。這就讓人不得不產生一個疑問：銀河系中大多數的恆星，距離我們比太陽還遠10億倍，它們發出無線電波的強度，應該比太陽弱10億的平方倍才對呀？為什麼它還會比太陽強呢？

世界上最大的射電望遠鏡-中國貴州天眼

為了探索宇宙這些秘密，射電望遠鏡誕生了。射電望遠鏡的發展過程，這裡我們就不多說了，今年榮獲諾貝爾物理學獎的萊恩哈德.根策爾和安德烈婭.蓋茲，就是通過射電望遠鏡，觀測銀河系區域中心，發現那裡存在著一個，質量為太陽質量的400萬倍的巨型黑洞。

尋找黑洞的過程，伴隨著的，就是X射線望遠鏡和射電望遠鏡的發展過程，也是人類不斷探索宇宙秘密的一個過程。

和大人聊科學，小朋友卻聽懂了，就是 @醬子聊科學 關注我，漲姿勢~