人類首張黑洞照片長什麼樣 第一張黑洞照片怎麼拍的

導語：對於黑洞，我們從來都只是聽說，或從影視劇作品中看到，但實際上卻沒有一張真實的照片。不過，近期，世界多個國家聯合釋出了史上第一張黑洞照片。那麼，人類首張黑洞照片長什麼樣?第一張黑洞照片怎麼拍的?下面我們一起來了解相關內容。

人類首張黑洞照片長什麼樣 第一張黑洞照片怎麼拍的

首張黑洞照片

人類首張黑洞照片揭示了室女座星系團中超大質量星系 Messier87中心的黑洞。該黑洞距離地球5500萬光年，質量為太陽的65億倍。圖中心的闇弱區域即為“黑洞陰影”。

為了能一睹黑洞真容，2017年4月5日到14日之間，來自全球30多個研究所的科學家們啟動了一項雄心勃勃的龐大觀測計劃。他們將分佈於全球不同地區的8個無線電望遠鏡陣列組成一個虛擬望遠鏡網路，希望利用其捕獲黑洞影像。

最終，科學家們成功拍攝到了黑洞的第一幅“照片”。

北京時間2019年4月10日21時，這張照片在美國華盛頓、中國上海和臺北、智利聖地亞哥、比利時布魯塞爾、丹麥靈比和日本東京六地同時釋出。傳說中的黑洞終於揭開神祕面紗。

黑洞照片釋出三大難點：

第一，資料運輸花了很長時間，最後用飛機花了幾個月運輸千萬億大小位元組的資料;

第二，對校準非常小心，觀測所有黑洞在本質上起重要作用的小碰撞和擺動;

第三，內部設立獨立審查小組處理所有資料。

黑洞照片拍攝到沖洗用兩年

黑洞拍照

準備“相機”:

廣義相對論預言，雖然黑洞本身不發光，但因為黑洞的存在，周圍時空彎曲，氣體被吸引下落。氣體下落至黑洞的過程中，引力能轉化為光和熱，因此氣體被加熱至數十億度。黑洞就像沉浸在一片類似發光氣體的明亮區域內，事件視界看起來就像陰影，陰影周圍環繞著一個由吸積或噴流輻射造成的如新月狀的光環。

愛因斯坦的廣義相對論已預測過這個“陰影”的存在，以及它的大小和形狀。

科學家們期望這次能直接捕獲到這個黑洞“陰影”的影象。

中國科學院上海天文臺研究員路如森說：“對黑洞陰影的成像將能提供黑洞存在的直接‘視覺’證據。”

路如森說：“這就必須要保證望遠鏡足夠靈敏，能分辨的細節足夠小，從而能保證看得到和看得清。”

但滿足上述所有條件，望遠鏡的口徑需要像地球大小。

然而，目前地球上已有的單個望遠鏡最大口徑也只有500米。

　那該怎麼辦?

聰明的天文學家們想到了一個好辦法——搞強強聯合。

把地球上現有的一些望遠鏡“組合”起來，就能夠形成一個口徑如地球大小的“虛擬”望遠鏡,其所達到的靈敏度和分辨本領都是前所未有的。

於是，全球超過200名科學家達成了“事件視界望遠鏡”(EHT)這一重大國際合作計劃，決定利用甚長基線干涉測量技術。

專家表示：“就是利用多個位於不同地方的望遠鏡在同一時間進行聯合觀測，最後將資料進行相關性分析之後合併，這一技術在無線電波段已相當成熟。”

最終，科學家們選定了來自全球多地的包括南極望遠鏡等8個亞毫米無線電望遠鏡。

路如森說：“它們多數都是單一望遠鏡，比如夏威夷的JCMT和南極望遠鏡。也有望遠鏡陣列，比如ALMA望遠鏡是由70多個小望遠鏡構成。”

黑洞拍照

選定目標:

在組建大型虛擬望遠鏡的同時，科學家們也在尋找著合適的拍攝目標。

黑洞剪影和周圍環繞的新月般光環是非常非常小的。在拍照裝置能力有限的情況下，要想拍攝到黑洞照片，必須找到一個看起來角直徑足夠大的黑洞作為目標。

科學家們甄選了一圈之後，決定將近鄰的兩個黑洞作為主要目標：一個是位於人馬座方向的銀河系中心黑洞SgrA*，另一個則是位於無線電星系M87的中心黑洞M87*。

專家說：“由於黑洞事件視界的大小與其質量成正比，這也意味著質量越大，其事件視界越大。我們選定的這兩個黑洞質量都超級大，它們的事件視界在地球上看起來也是最大的，可以說是目前最優的成像候選體。”

儘管如此被選擇的兩個黑洞已是最優成像候選體，但要清晰為它拍照，難度還是極其大。

Sgr A*黑洞的質量大約相當於400萬個太陽，所對應的視介面尺寸約為2400萬公里，相當於17個太陽的大小。然而，地球與SgrA*相距2萬5千光年(約24億億公里)之遙。

除錯相機:

要想看清楚兩個黑洞事件視界的細節，事件視界望遠鏡的空間解析度要達到足夠高才行。要多高呢?

路如森說：“比哈勃望遠鏡的解析度高出1000倍以上。”

但也別以為，只要虛擬望遠鏡陣列的解析度足夠高，就一定能成功給黑洞拍照。

實際情況並沒那麼簡單!如同觀看電視節目必須選對頻道一樣，對黑洞成像而言，能夠在合適的波段進行觀測至關重要。

此前的一系列研究表明，觀測黑洞事件視界“陰影”的最佳波段是約為1毫米。

路如森說：“因為氣體在這個波段的輻射最明亮，而且無線電波也可以不被阻擋地從銀河系中心傳播到地球。”

在這種情況下，望遠鏡的解析度取決於望遠鏡之間的距離，而非單個望遠鏡口徑的大小。

為了增加空間解析度，以看清更為細小的區域，科學家們在此次進行觀測的望遠鏡陣列裡增加了位於智利和南極的望遠鏡。

沈志強說：“這樣設定是為了要保證所有8個望遠鏡都能看到這兩個黑洞，從而達到最高的靈敏度和最大的空間解析度。”

黑洞拍照

正式拍攝:

8個望遠鏡北至西班牙，南至南極，它們將向選定的目標撒出一條大網，撈回海量資料，為我們勾勒出黑洞的模樣。

留給科學家們的觀測視窗期非常短暫，每年只有大約10天時間。對於2017年來說，是在4月5日到4月14日之間。

除了觀測時間上的限制，拍攝對天氣條件要求也極為苛刻。

“因為大氣中的水對這一觀測波段的影響極大，水會影響無線電波的強度，這意味著降水會干擾觀測。”沈臺說，“要想視介面望遠鏡順利觀測，需要所有望遠鏡所在地的天氣情況都非常好。”

按照要求，計劃選擇的8個望遠鏡所在之處均是位於海拔較高，降雨量極少，全部晴天的概率非常高。

此外，要成像成功還必須要求所有望遠鏡在時間上完全同步。

北京時間2017年4月4日，事件視界望遠鏡啟動拍攝，將視線投向了宇宙。最後的觀測結束於美國東部時間4月11日。

觀測期間，每一個無線電望遠鏡都收集並記錄來自於目標黑洞附近的無線電波訊號，這些資料然後被整合用於獲得事件視界的影象。

最後，從拍攝到沖洗成功，用了兩年的時間。