關於史上首張黑洞照片，這些是你需要的科普資料
人類<a href="https://www.techbang.com/posts/69313-the-first-picture-of-a-black-hole-in-human-history-will-be-available-tomorrow?from=home_headline">歷史上首張黑洞照片今晚揭曉</a>。台北時間4月10日21時，全球六地（布魯塞爾、聖地亞哥、上海、台北、東京和華盛頓）將聯合召開新聞發佈會，公佈這一重大科學成果。<p>在讀者們等著收看直播之前，不妨先快速預習一下與這項黑洞研究有關的背景資料。</p> <h3><img style="display: block; margin-left: auto; margin-right: auto;" src="https://cdn1.techbang.com/system/images/509631/original/0e557fdad30a8d8ce367238770dd89c4.jpg?1554864285" alt="關於史上首張黑洞照片，這些是你需要的科普資料" width="720" height="405" /><label class="caption" style="width: 720px; display: block; text-align: left; margin: 5px auto 30px; color: #555555; line-height: 22px; padding: 0px 3px 22px; border-bottom: 2px solid #f0f0f0;"><span style="color: #2382c5; padding-right: 5px;"> ▲ </span>電影《星際效應》當中的黑洞，周圍的亮環是由氣體構成的吸積盤片</label><strong>問：什麼是黑洞？</strong></h3> <p>答：根據愛因斯坦廣義相對論引力場方程式的計算，如果大量物質集中於空間一點，奇點周圍會形成時空扭曲的「視界」，一旦進入這個臨界點，連光子也無法逃逸。</p> <p>這個預測在1916年被提出來，不過，直到1967年，普林斯頓大學核物理學家約翰&middot;惠勒才在一場講座裡首次使用了「黑洞」（black hole）這個詞彙用以取代從前的「重力完全塌縮的星球」，並迅速流傳開來。</p> <h3><strong>問：既然看不見，怎麼拍黑洞的照片？</strong></h3> <p>答：雖然科學家們看不到黑洞的本體，但可以一直追溯到光子消失的「視界」，這是我們能「看到」的極限。</p> <p>黑洞周圍的確會存在一些發光的現象，比如黑洞在吃掉周圍的恆星時，會將恆星的氣體撕扯到身邊，形成一個旋轉的吸積盤。黑洞有時候也會「打嗝」，一部分吸積氣體會沿轉動方向被拋射出去，形成噴流。</p> <p>吸積盤和噴流都會因氣體摩擦而產生明亮的光線，以及其他頻段的輻射。</p> <h3><strong>問：怎麼尋找黑洞？</strong></h3> <p>答：科學家們可以透過黑洞對周圍天體的影響來間接地感受到它的存在，尤其是它巨大的引力造成的時空扭曲，就像可以透過月亮的繞行軌道和速度來間接推測地球的質量。另外，剛才提到的吸積盤和噴流會產生發光現象，伴隨其他頻段的輻射，以及，黑洞與其他天體或另一個黑洞的相互作用會產生大量引力波，也是可探測的線索。</p> <h3><strong>問：有確認存在的黑洞嗎？</strong></h3> <p>答：有。人類探測到的第一例引力波訊號，就是由雙黑洞併合產生的。</p> <p>人類發現的第一個強有力的黑洞候選天體是1964年發現的天鵝座X-1，距離地球約6000光年。天鵝座X-1有一個正在被它吃掉的「舞伴」，但伴星的質量卻比它本身更加大，引發了廣泛的爭議，其身份長期懸而不決，霍金都為此打過賭（並輸掉了）。科學家們後來測得天鵝座X-1的質量約為14.8個太陽，視界半徑300公里，應該是一個「胃口」非常小的黑洞。</p> <p>目前，科學家們更為關注的一類黑洞候選系統是軟X射線瞬變源。這類系統包含一個小質量的舞伴，通常處於寧靜態，但會出現間歇性的X射線爆發現象，間隔時間從數月到數十年不等。間歇性爆發的時候，就是探測黑洞的好時機。</p> <p>根據理論計算，銀河系中應該存在上千萬個恆星量級的黑洞，現在得到確認的只有20多個。</p> <h3><strong>問：這次拍到了哪個黑洞的照片？</strong></h3> <p>答：兩個超大質量黑洞。一個是銀河系中心黑洞Sgr A*，一個位於室女座的M87星系中心。之所以選擇這兩個目標，而不是銀河系中更近的恆星級黑洞，是因為它們的視界從地球上看足夠大。</p> <p>長久以來，科學家們就發現幾千億顆恆星圍繞著銀河系中心轉動，推測出那裡存在一個超大質量的天體。根據計算，Sgr A*的質量大約相當於400萬個太陽，視界半徑約2400萬公里。聽起來足夠大，不過，鑑於銀河系中心黑洞遠在2.5萬光年（約24億億公里）之外，實際效果相當於在地球上觀察一顆放在月球上的柳橙。</p> <p>M87中心的超大質量黑洞則達到了66億倍太陽質量，視界範圍大約是冥王星軌道的三倍。當然，因為距離更遠的緣故，M87中心黑洞在地球上看的實際效果與Sgr A*可能相差不大。</p> <h3><strong>問：怎麼拍出解析度這麼高的照片？</strong></h3> <p>答：全球望遠鏡組成陣列，聯合觀測，形成一個有效口徑等於地球直徑的大望遠鏡。這個虛擬的大望遠鏡叫做「事件視界望遠鏡」（EHT），由8台望遠鏡組成。分別是：南極望遠鏡（South Pole Telescope）；位於智利的阿塔卡馬大型毫米波陣(Atacama Large Millimeter Array，ALMA）；位於智利的阿塔卡馬探路者實驗望遠鏡（Atacama Pathfinder Experiment）；墨西哥的大型毫米波望遠鏡（Large Millimeter Telescope）；位於美國亞利桑那州的（Submillimeter Telescope）；位於夏威夷的麥克斯韋望遠鏡（James Clerk Maxwell Telescope，JCMT）；位於夏威夷的次毫米波望遠鏡（Submillimeter Array）；位於西班牙的毫米波射電天文所的30米毫米波望遠鏡。它們在2017年4月對兩個黑洞目標進行了聯合觀測。</p> <p>從2018年起，又有格陵蘭島望遠鏡、位於法國的IRAM NOEMA天文台和位於美國的基特峰國立天文台加入後續的研究和校準工作。</p> <p>全球一共60多個研究機構參與了研究，其中也包括中國科學院下屬的上海天文台、雲南天文台等機構，以及華中科技大學、南京大學、中山大學、北京大學、中國科學院大學，還有台灣大學等各高校。這也是為什麼上海和台北兩地也在聯合舉辦新聞發佈會之中。</p> <h3><strong>問：2017年拍的照片，為什麼現在才公佈？</strong></h3> <p>答：黑洞照片「拍」起來難，「洗」出來也難。虛擬的大望遠鏡陣列並非直接拍出了黑洞的圖像，而是給出了許多數據，必須經歷複雜的電腦處理過程。其中還有些缺失或模糊的部分，需要科學家們拼圖。</p> <p>此外，在2017年4月的聯合觀測以後，研究團隊還進行了一些數據收集和校準的工作。</p> <ul> <li>本文授權轉載自<a href="https://tech.163.com/19/0410/07/ECCS7DE000097U81.html">網易科技</a></li> </ul><a href="https://www.facebook.com/TKbang">加入T客邦Facebook粉絲團</a><img src="http://feeds.feedburner.com/~r/techbang/~4/N-rR7VQyJCM" height="1" width="1" alt=""/>
