人類試拍黑洞照片(人類觀測黑洞)
xj
2023-04-17
4月5日,由全球不同地區8個射電望遠鏡組成的“事件視界望遠鏡”開啟,這個口徑相當于地球直徑的虛擬望遠鏡將在未來10天內嘗試觀測銀河系中心的超級黑洞“人馬座A*”。人類終于要給黑洞拍攝第一張“照片”了。
美國國家科學基金會是其中部分望遠鏡的資助方,基金會主席弗朗斯·科爾多瓦當天發表聲明說,“事件視界望遠鏡”將嘗試拍攝銀河系中心黑洞的第一張“照片”,這是“一項令人激動并具挑戰性的工作”,將有助驗證一些最基本的物理學理論。
黑洞是一種體積極小、質量極大的天體,具有非常強的引力,在它周圍的一定區域內,連光也無法逃逸出去,這一區域稱為“事件視界”。“事件視界望遠鏡”實際上嘗試觀測的是黑洞的“事件視界”。
“人馬座A*”距離地球2.6萬光年之遙。按科學家的說法,給“人馬座A*”拍照大體相當于“給月球表面的一個葡萄柚拍照”,因此需要動用地球大小的虛擬望遠鏡。另外,“事件視界望遠鏡”本次還將觀測鄰近星系M87的中心黑洞。
給黑洞拍照并不容易,無法即拍即得。天文學家需要用幾個月來整理分析這10天獲得的觀測數據,預計2018年發布第一張黑洞“照片”。
[img]人類試拍黑洞照片明年發布 黑洞真的會吞噬人類嗎人類試拍黑洞照片,預計2018年發布。
據報道,人類將試拍首張黑洞照片,需要動用地球大小的虛擬望遠鏡。不久的將來,人類或許真能目睹其整容。
4月5日,由全球不同地區8個射電望遠鏡組成的“事件視界望遠鏡”開啟,該虛擬望遠鏡口徑相當于地球直徑,將在未來10天內嘗試觀測銀河系中心的超級黑洞“人馬座A*”。
超級黑洞“人馬座A*”
“人馬座A*”距離地球2.6萬光年之遙。按科學家的說法,給“人馬座A*”拍照大體相當于“給月球表面的一個葡萄柚拍照”,因此需要動用地球大小的虛擬望遠鏡。
據了解,美國國家科學基金會是其中部分望遠鏡的資助方,基金會主席弗朗斯·科爾多瓦當天發表聲明稱,“事件視界望遠鏡”將嘗試拍攝銀河系中心黑洞的第一張“照片”。
黑洞是一種體積極小、質量極大的天體,具有非常強的引力,在它周圍的一定區域內,連光也無法逃逸出去,這一區域稱為“事件視界”。
人類給黑洞拍攝“照片”,這是“一項令人激動并具挑戰性的工作”,將有助驗證一些最基本的物理學理論。
因為給黑洞拍照并不容易,無法即拍即得。天文學家需要用幾個月來整理分析這10天獲得的觀測數據,預計2018年發布第一張黑洞“照片”。
閱讀延伸:黑洞對人類的影響
“黑洞”是自然界產生的一種天體,它的引力場非常強大,強大到連光線都無法沖中逃脫。據說全世界已經多次發生“黑洞吞人”的神秘現象。“黑洞”真的會吞噬人類嗎?
915年8月21日,英國和土耳其戰爭期間,英國的一個陸軍營來到歐洲西南部靠近達達尼爾海峽的一個山谷里。這個營由500人組成,攜帶當時非常先進的武器裝備。
傳說中的黑洞真的會吞噬人類嗎
黑洞正在吸收周圍的物體
但是,就在他們走入山谷后,一團神秘的藍色光霧突然出現,并且籠罩在人們周圍。然后,幾乎是一眨眼的工夫,那團朦朧的迷霧突然緊急上升,英國諾福克第5團第1營的士兵全部消失得無影無蹤,什么東西也沒有留下來。
傳說中的黑洞真的會吞噬人類嗎
黑洞會吸收任何物質
在此之后50年內,英國政府一直將這個秘密塵封起來,不讓外界知道。1967年,記載了20多個目擊者證詞的文件才被公開。
類似的事情在全世界發生過很多次,但是到目前為止,一次都沒有找到失蹤者的下落。
1890年,美國殖民地洛諾克島上大約100名村民就是這樣神秘失蹤的。當美國軍隊到達那里的時候,他們發現村子里的民房內都點著蠟燭,晚飯也擺好在桌上,可是到處空無一人。附近沒有一滴血跡,也沒有一具尸體。
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人類首張黑洞照片,有哪些重要意義第一張……
國家天文臺茍利軍研究員@Flyingspace :

這次的直接成像除了幫助我們直接確認了黑洞的存在,同時也通過模擬觀測數據對愛因斯坦的廣義相對論做出了驗證。在視界面望遠鏡的工作過程和后來的數據分析過程中,科學家們發現,所觀測到的黑洞陰影和相對論所預言的幾乎完全一致,令人不禁再次感嘆愛因斯坦的偉大。
愛因斯坦
另外一個重要意義在于,科學家們可以通過黑洞陰影的尺寸限制中心黑洞的質量了。這次就對M87中心的黑洞質量做出了一個獨立的測量。在此之前,精確測量黑洞質量的手段非常復雜。
受限于觀測分辨率和靈敏度等因素,目前的黑洞細節分析還不完善。未來隨著更多望遠鏡加入,我們期望看到黑洞周圍更多更豐富的細節,從而更深入地了解黑洞周圍的氣體運動、區分噴流的產生和集束機制,完善我們對于星系演化的認知與理解
左文文(上海天文臺):
如果要評選出2019年最有價值和最受期待的照片,那么非下面這張照片莫屬。這是5500萬光年外的大質量星系M87中心超大質量黑洞的黑洞陰影照片,也是人類拍攝的首張黑洞照片。它是黑洞存在的直接“視覺”證據,從強引力場的角度驗證了愛因斯坦廣義相對論。
圖1:M87星系中心超大質量黑洞(M87*)的圖像,上圖為2017年4月11日的圖像,圖中心的暗弱區域即為“黑洞陰影”,周圍的環狀不對稱結構是由于強引力透鏡效應和相對論性射束(beaming)效應所造成的。由于黑洞的旋轉效應,圖片上顯示了上(北)下(南)的不對稱性。
這張照片于2017年4月拍攝,2年后才“沖洗”出來。2019年4月10日由黑洞事件視界望遠鏡(Event Horizon Telescope, EHT)合作組織協調召開全球六地聯合發布。
給黑洞拍照,有三個科學意義:
1. 對黑洞陰影的成像將能提供黑洞存在的直接“視覺”證據。黑洞是具有強引力的,給黑洞拍照最主要的目的就是在強引力場下驗證廣義相對論,看看觀測結果是否與理論預言一致。
2. 有助于理解黑洞是如何“吃”東西的。黑洞的“暗影”區域非常靠近黑洞吞噬物質形成的吸積盤的極內部區域,這里的信息尤為關鍵,綜合之前觀測獲得的吸積盤更外側的信息,就能更好地重構這個物理過程。
3. 有助于理解黑洞噴流的產生和方向。某些朝向黑洞下落的物質在被吞噬之前,會由于磁場的作用,沿著黑洞的轉動方向被噴出去。以前收集的信息多是更大尺度上的,科學家沒法知道在靠近噴流產生的源頭處發生了什么。如果現在對黑洞暗影的拍攝,就能助天文學家一臂之力。
圖2:哈勃空間望遠鏡拍攝的M87,圖片版權:NASA
黑洞照片應該是這樣:圓形陰影+光環
一百年前,愛因斯坦廣義相對論提出后不久,便有科學家探討了黑洞周圍的光線彎曲現象。上世紀70年代,James Bardeen及Jean-Pierre Luminet等人計算出了黑洞的圖像。上世紀90年代,Heino Falcke等天文學家們首次基于廣義相對論下的光線追蹤程序,模擬出銀河系中心黑洞Sgr A*的樣子,引入了黑洞“陰影”的概念。
理論預言,受黑洞強引力場的影響,黑洞吸積或噴流產生的輻射光被黑洞彎曲,使得天空平面(與視線方向垂直的面)被黑洞“視邊界”(apparent boundary)的圓環一分為二:在視邊界圓環以內的光子,只要在視界面以外,就能逃離黑洞,但受到很強的引力紅移效應,亮度低;而視邊界圓環以外的光子,能繞著黑洞繞轉多圈,積累的亮度足夠高。
圖3:廣義相對論預言,將會看到一個近似圓形的暗影被一圈光子圓環包圍。由于旋轉效應,黑洞左側更亮。圖片版權:D. Psaltis and A. Broderick
從視覺上看,視邊界內側的亮度明顯更弱,看起來就像一個圓形的陰影,外面包圍著一個明亮的光環。故此也得名黑洞 “陰影”(black hole shadow)。這個陰影有多大呢?史瓦西黑洞的陰影直徑是視界直徑的5.2倍;如果黑洞轉得快,陰影直徑也有約4.6倍視界半徑。如此看來,黑洞視邊界的尺寸主要與黑洞質量有關系,而與黑洞的自轉關系不大。
后來,更多科學家針對黑洞成像開展了大量的研究,均預言黑洞陰影的存在。因此,對黑洞陰影的成像能夠提供黑洞存在的直接“視覺”證據。
今天只是起點,未來將看到更多精彩
其實,人類關于黑洞的理論預言出現的時間不短,VLBI技術也并不是近十年才成熟。為什么現在才“拍”到第一張黑洞照片呢?一個重要的原因是,想要利用VLBI技術構成一個等效口徑足夠大、靈敏度足夠高的望遠鏡,需要在全球各地廣泛地分布著足夠多的這類望遠鏡。過去十年中,技術的突破、新射電望遠鏡的不斷建成并加入EHT項目、算法的創新等,終于讓天文學家們打開了一扇關于黑洞和黑洞視界研究的全新窗口。
參與此次EHT觀測的上海天文臺專家一致表示,對M87*黑洞的順利成像絕不是EHT的終點站。
一方面,對于M87*的觀測結果分析還能更加深入,從而獲得黑洞周圍的磁場性質,對理解黑洞周圍的物質吸積及噴流形成至關重要。
另一方面,大家翹首以待的銀河系中心黑洞Sgr A*的照片也要出爐了。
EHT項目本身還將繼續“升級”,還會有更多的觀測臺站加入EHT,靈敏度和數據質量都將提升,讓我們一起期待,未來看到M87*和Sgr A*的更高清照片,發現照片背后的黑洞奧秘。
總之,人類既然已經拍到第一張黑洞照片,那黑洞成像的春天還會遠嗎?
人類首張黑洞照片正式發布,這樣的發現有什么重要意義?宇宙浩瀚廣闊,有著無數各類天體,除了我們比較常見的恒星,行星之外,還有一些特殊神秘的天休,比如中子星,脈沖星,黑洞等。要問宇宙中最神秘的天體是什么?相信很多人都會回答:黑洞。
沒錯,宇宙中最神秘的天體要屬黑洞了,它是時空中的無底深淵,即使是光都無法逃逸。對于黑洞都只是廣義相對論的預言、愛因斯坦的方程、模擬電腦圖像、引力波等項目的間接證據,或者科幻小說的想象事物。
雖然科學家還無法直接觀測到黑洞,但是由于黑洞它太霸道了,它在吞噬恒星等物質的時候,會爆發發耀眼的光芒,強烈的輻射波會傳播很遠很遠,最后被射電望遠鏡探測到這些光芒,通過這些異常的天體現象,科學家知道了黑洞的存在。
雖然科學家知道了黑洞的存在,但是想要觀測到它拍攝到它的圖像卻是非常困難的。然而,當全球科學界將分布在世界各地的8個射電望遠鏡(陣)組成“地球級別”的虛擬望遠鏡陣列,同一時刻、同一方向,對準同一片遙遠星空,就連黑洞——這些深藏于宇宙各處的引力陷阱,也會“發出耀眼光芒”
從美國夏威夷到智利,從伊比利亞半島到南極……全球30多個研究所,200多名科學家,傾數年心血,攜手并肩,共同記錄黑洞周圍吸積盤和噴流等發出的耀眼光芒,從而讓超大質量黑洞無處遁形,顯現“真容”。正是全球同步的努力,讓人類拍攝到有史以來首張黑洞照片。
科學家向全世界公布了人類首漲黑洞照片,人們第一次真正見識到黑洞長什么樣,黑洞的真容不再只存在于人們的幻想中,那么首張黑洞照片的公布,會對現代科技有哪些現實作用?
可能很多人看到人類首張照片,看到的只是一個美麗的宇宙天體現象,可是對于科學界,對于整個人類文明,它的意義卻是非凡的,它絕不僅僅是一張照片這么簡單,那么具體的有哪些現實的指導意義?
一、驗證愛因斯坦相對論,相信很多人都知道,愛因斯坦是人類近代史上偉大的科學家,他對宇宙時空理論的研究可以說是劃時代的,尤其是相對論的提出,更是讓人類邁入了新的階段。對于黑洞的探索和研究,愛因斯坦廣義相對論已經有預測。
通過廣義相對論對黑洞作出的預測是:一個圓形“剪影”被一圈明亮的光子圓環所圍繞,那么這個預測是否正確呢?要檢測它的正確性,我們就必須要得到一張真實的黑洞照片,而這次通過全球合作,終于獲得到了真實的黑洞照片。
通過廣義相對論預測的黑洞照片和超級望遠鏡拍攝到的真實黑洞照片做對比,最后發現它們完全一致。再一次讓人們看到了愛因斯坦的偉大,驗證了廣義相對論的偉大和正確。有了這個證明,對于人類未來的太空探索有著重要的意義。
比如,我們知道廣義相對論是正確的,那么在未來,隨著人工智能的的快速發展,在尋找和探索宇宙天體的時候,就可以通過廣義相對論的的預測功能,將公式輸入超級計算機,從而預測宇宙中某個位置可能存在的未知天體。確定了位置,再通過天文望遠鏡等觀測設備去確定這個位置是否存在被預測的天體,這相對在茫茫宇宙中,靠碰運氣的尋找天體來說,要強太多了。
二、打破廣義相對論與量子力學之間的矛盾,相信不少科學愛好者朋友都知道,廣義相對論和量子力學是現代物理學的兩大支柱,廣義相對論適用于質量巨大且引力作用很強的物體,比如黑洞;量子力學則控制著亞原子粒子的奇異世界。但這兩種在各自領域都非常成功的理論卻互不相容。
科學家不知道廣義相對論在黑洞的邊界是否正確,所以無法對一些東西進行取舍,而這次首張黑張照片的出現,驗證了廣義相對論對黑洞邊界預測的正確性,它將會為物理學的前進指明新的方向,對于整個物理學都有不錯的指導意義。
三、檢測黑洞對于時空影響的正確性,廣義相對論作為愛因斯坦提出的革命性理論之一問世。在這個理論中,愛因斯坦提出,物質會扭曲或彎曲時空的幾何結構,人類以重力的形式感受到這種時空扭曲,而黑洞正是愛因斯坦理論的首批預測之一。
根據愛因斯坦相對論,黑洞的視界范圍內是存在著空間扭曲和時間效應的,時空理論一直以來都是神秘的存在,它是時間和空間的結合體。在一些科學猜想中,掌握了時空就掌握了穿梭時空的奧秘,可以回到過去,前往未來。
但是時空卻是科學界最難破解和研究的課題,尤其是時間概念更是不知從何下手。根據科學家對黑洞的探索和分析,認為黑洞也是有自轉的,而且這個速度非常快,有可能達到亞光速甚至是光速。如果黑洞視界范圍內是一個扭曲的時空,那對于人類的意義將非凡。
曾經有科學家提出過利用黑洞視界來實現穿梭未來的設想,這個設想就是讓宇宙飛船進入黑洞視界,然后隨著黑洞的超高速旋轉讓飛船實現亞光速或光速飛行。我們都知道,物體的速度越快,時間越慢,當物體的速度無限接近光速的時候,那物體的時間也無限接近于靜止。
這種情況之下,繞黑洞運行的飛船對于地球上的人們來說,它可能已經運行,但是對于飛船內的宇航員來說,有可能只是過去了幾分鐘。當飛船停上飛行脫離黑洞視界后,來到地球,這個時候地球已經是后,從而實現前往未來的夢想。
以上三點只是人類首漲黑洞公布后,會對現實科技產生現實影響的一部分,其實它的影響遠不止這些,否則科學家也不會那么激動,對于我們來說,看到的只是一張照片,但在科學家的眼里,這可能是人類文明對太空探索邁出的新篇章。
人類試拍首張黑洞 黑洞究竟長什么樣史上首次!首張黑洞照片下周將公布[哆啦A夢吃驚]】據中科院消息,一支匯集了全球天文學家的宇宙觀測團隊,將在北京時間4月10日21點整召開全球新聞發布會,公布首張黑洞照片,這是人類第一次看到黑洞的真實樣子,有可能是今年最重要的科學發現之一。屆時,設在比利時布魯塞爾、智利圣地亞哥、中國上海和臺北、日本東京和美國華盛頓六地的分會場將以英語、西班牙語、漢語和日語四種語言進行直播。
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