得之不易的黑洞照片,使用的是「環地球攝像機」,拍攝原理是什麼

2020-12-05 小許愛學習

相信很多小夥伴都觀看過這組所謂的「黑洞的照片」,不過大部分人應該對結果多少都有些失望,不是說拍照十天修圖兩年嗎,怎麼最後還是個這麼糊的照片,和星際穿越裡的也差得太多了。一般人有這個感覺其實很正常,畢竟大家平時說的照片都是光學照片,但這次黑洞的照片可不是用光學相機拍的,而是射電望遠鏡。

黑洞照片

有人可能會問,不是說是「事件視界望遠鏡」EHT嗎? 沒錯,是EHT。不過它不是一種單個的觀測設備,而是由全球不同國家的多臺射電望遠鏡共同組成的一個觀測陣列,這個陣列最終的效果就是,組成了一架和地球大小相當的望遠鏡,可以說是「環地球攝像機」。

《星際穿越》中的黑洞

為什麼要這麼大動幹戈呢?因為黑洞離我們實在是太遠了。在我們看來黑洞的大小,就相當於是從我們地球上看月球上的一個橘子,所以才需要通過組成全球範圍陣列的方式來增加望遠鏡的口徑。

拍攝所用的設備

其實在照片公布之前,我本來以為會拍咱們銀河系中心的黑洞,因為從地球上看這個黑洞是最大的。但是結果拍的是離地球更遠的,M87星系中心的一個黑洞;可能是由於後者質量比前者大了幾億倍,所以它的視界面看起來應該也不小,甚至可能還會更大一些。

那麼具體拍攝原理是什麼呢?簡單來說就是通過亞毫米波段,來測得黑洞周圍輻射的空間分布圖。注意,這裡說的可不是黑洞的「霍金輻射」,而是它周圍的輻射。那這些周圍的輻射是怎麼產生的?在一個恆星級黑洞的周圍,往往會存在其他恆星,黑洞將會把恆星的氣體撕扯到它的身邊,然後就會產生一個圍繞黑洞旋轉的氣體盤,就是「吸積盤」。

拍攝設備的分布

這個就是科學家定位黑洞的重要依據,如果這個黑洞的吸積氣體太多,一部分氣體就會在磁場的作用下被「拋射」出去,這就形成了「噴流」。吸積盤和噴流會因為氣體摩擦的原因產生大量輻射,這樣就可以被探測到,並且用來拍照了。

大家看下面這張黑洞照片中,圓環的下面這側亮一些,另一側暗一些。這就是由於吸積盤它在轉動,朝向我們轉動的區域,由於「都卜勒效應」,所以顯得亮一些;遠離我們視線運動的區域則會暗一些。至於中間的黑色區域就是黑洞本身了。

黑洞

最後說一下這張照片的意義,首先這作為人類歷史上第一次拍到的黑洞照片,肯定是足以載入史冊的。其次科學家們通過數據分析發現,觀測到的這些黑洞陰影,和之前廣義相對論預言的幾乎完全一致,這就又一次驗證了愛因斯坦相對論的正確性。而且,以後科學家們可以通過黑洞陰影,來較為精確的計算黑洞的質量。另外我們可以更深入地了解黑洞周圍氣體的運動,這可以幫助我們更進一步地理解星系究竟是怎麼演化的。

愛因斯坦

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