人类试拍黑洞照片(人类观测黑洞)
xj 2023-04-17
4月5日,由全球不同地区8个射电望远镜组成的“事件视界望远镜”开启,这个口径相当于地球直径的虚拟望远镜将在未来10天内尝试观测银河系中心的超级黑洞“人马座A*”。人类终于要给黑洞拍摄第一张“照片”了。
美国国家科学基金会是其中部分望远镜的资助方,基金会主席弗朗斯·科尔多瓦当天发表声明说,“事件视界望远镜”将尝试拍摄银河系中心黑洞的第一张“照片”,这是“一项令人激动并具挑战性的工作”,将有助验证一些最基本的物理学理论。
黑洞是一种体积极小、质量极大的天体,具有非常强的引力,在它周围的一定区域内,连光也无法逃逸出去,这一区域称为“事件视界”。“事件视界望远镜”实际上尝试观测的是黑洞的“事件视界”。
“人马座A*”距离地球2.6万光年之遥。按科学家的说法,给“人马座A*”拍照大体相当于“给月球表面的一个葡萄柚拍照”,因此需要动用地球大小的虚拟望远镜。另外,“事件视界望远镜”本次还将观测邻近星系M87的中心黑洞。
给黑洞拍照并不容易,无法即拍即得。天文学家需要用几个月来整理分析这10天获得的观测数据,预计2018年发布第一张黑洞“照片”。
[img]人类试拍黑洞照片明年发布 黑洞真的会吞噬人类吗人类试拍黑洞照片,预计2018年发布。
据报道,人类将试拍首张黑洞照片,需要动用地球大小的虚拟望远镜。不久的将来,人类或许真能目睹其整容。
4月5日,由全球不同地区8个射电望远镜组成的“事件视界望远镜”开启,该虚拟望远镜口径相当于地球直径,将在未来10天内尝试观测银河系中心的超级黑洞“人马座A*”。
超级黑洞“人马座A*”
“人马座A*”距离地球2.6万光年之遥。按科学家的说法,给“人马座A*”拍照大体相当于“给月球表面的一个葡萄柚拍照”,因此需要动用地球大小的虚拟望远镜。
据了解,美国国家科学基金会是其中部分望远镜的资助方,基金会主席弗朗斯·科尔多瓦当天发表声明称,“事件视界望远镜”将尝试拍摄银河系中心黑洞的第一张“照片”。
黑洞是一种体积极小、质量极大的天体,具有非常强的引力,在它周围的一定区域内,连光也无法逃逸出去,这一区域称为“事件视界”。
人类给黑洞拍摄“照片”,这是“一项令人激动并具挑战性的工作”,将有助验证一些最基本的物理学理论。
因为给黑洞拍照并不容易,无法即拍即得。天文学家需要用几个月来整理分析这10天获得的观测数据,预计2018年发布第一张黑洞“照片”。
阅读延伸:黑洞对人类的影响
“黑洞”是自然界产生的一种天体,它的引力场非常强大,强大到连光线都无法冲中逃脱。据说全世界已经多次发生“黑洞吞人”的神秘现象。“黑洞”真的会吞噬人类吗?
915年8月21日,英国和土耳其战争期间,英国的一个陆军营来到欧洲西南部靠近达达尼尔海峡的一个山谷里。这个营由500人组成,携带当时非常先进的武器装备。
传说中的黑洞真的会吞噬人类吗
黑洞正在吸收周围的物体
但是,就在他们走入山谷后,一团神秘的蓝色光雾突然出现,并且笼罩在人们周围。然后,几乎是一眨眼的工夫,那团朦胧的迷雾突然紧急上升,英国诺福克第5团第1营的士兵全部消失得无影无踪,什么东西也没有留下来。
传说中的黑洞真的会吞噬人类吗
黑洞会吸收任何物质
在此之后50年内,英国政府一直将这个秘密尘封起来,不让外界知道。1967年,记载了20多个目击者证词的文件才被公开。
类似的事情在全世界发生过很多次,但是到目前为止,一次都没有找到失踪者的下落。
1890年,美国殖民地洛诺克岛上大约100名村民就是这样神秘失踪的。当美国军队到达那里的时候,他们发现村子里的民房内都点着蜡烛,晚饭也摆好在桌上,可是到处空无一人。附近没有一滴血迹,也没有一具尸体。
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人类首张黑洞照片,有哪些重要意义第一张……
国家天文台苟利军研究员@Flyingspace :
这次的直接成像除了帮助我们直接确认了黑洞的存在,同时也通过模拟观测数据对爱因斯坦的广义相对论做出了验证。在视界面望远镜的工作过程和后来的数据分析过程中,科学家们发现,所观测到的黑洞阴影和相对论所预言的几乎完全一致,令人不禁再次感叹爱因斯坦的伟大。
爱因斯坦
另外一个重要意义在于,科学家们可以通过黑洞阴影的尺寸限制中心黑洞的质量了。这次就对M87中心的黑洞质量做出了一个独立的测量。在此之前,精确测量黑洞质量的手段非常复杂。
受限于观测分辨率和灵敏度等因素,目前的黑洞细节分析还不完善。未来随着更多望远镜加入,我们期望看到黑洞周围更多更丰富的细节,从而更深入地了解黑洞周围的气体运动、区分喷流的产生和集束机制,完善我们对于星系演化的认知与理解
左文文(上海天文台):
如果要评选出2019年最有价值和最受期待的照片,那么非下面这张照片莫属。这是5500万光年外的大质量星系M87中心超大质量黑洞的黑洞阴影照片,也是人类拍摄的首张黑洞照片。它是黑洞存在的直接“视觉”证据,从强引力场的角度验证了爱因斯坦广义相对论。
图1:M87星系中心超大质量黑洞(M87*)的图像,上图为2017年4月11日的图像,图中心的暗弱区域即为“黑洞阴影”,周围的环状不对称结构是由于强引力透镜效应和相对论性射束(beaming)效应所造成的。由于黑洞的旋转效应,图片上显示了上(北)下(南)的不对称性。
这张照片于2017年4月拍摄,2年后才“冲洗”出来。2019年4月10日由黑洞事件视界望远镜(Event Horizon Telescope, EHT)合作组织协调召开全球六地联合发布。
给黑洞拍照,有三个科学意义:
1. 对黑洞阴影的成像将能提供黑洞存在的直接“视觉”证据。黑洞是具有强引力的,给黑洞拍照最主要的目的就是在强引力场下验证广义相对论,看看观测结果是否与理论预言一致。
2. 有助于理解黑洞是如何“吃”东西的。黑洞的“暗影”区域非常靠近黑洞吞噬物质形成的吸积盘的极内部区域,这里的信息尤为关键,综合之前观测获得的吸积盘更外侧的信息,就能更好地重构这个物理过程。
3. 有助于理解黑洞喷流的产生和方向。某些朝向黑洞下落的物质在被吞噬之前,会由于磁场的作用,沿着黑洞的转动方向被喷出去。以前收集的信息多是更大尺度上的,科学家没法知道在靠近喷流产生的源头处发生了什么。如果现在对黑洞暗影的拍摄,就能助天文学家一臂之力。
图2:哈勃空间望远镜拍摄的M87,图片版权:NASA
黑洞照片应该是这样:圆形阴影+光环
一百年前,爱因斯坦广义相对论提出后不久,便有科学家探讨了黑洞周围的光线弯曲现象。上世纪70年代,James Bardeen及Jean-Pierre Luminet等人计算出了黑洞的图像。上世纪90年代,Heino Falcke等天文学家们首次基于广义相对论下的光线追踪程序,模拟出银河系中心黑洞Sgr A*的样子,引入了黑洞“阴影”的概念。
理论预言,受黑洞强引力场的影响,黑洞吸积或喷流产生的辐射光被黑洞弯曲,使得天空平面(与视线方向垂直的面)被黑洞“视边界”(apparent boundary)的圆环一分为二:在视边界圆环以内的光子,只要在视界面以外,就能逃离黑洞,但受到很强的引力红移效应,亮度低;而视边界圆环以外的光子,能绕着黑洞绕转多圈,积累的亮度足够高。
图3:广义相对论预言,将会看到一个近似圆形的暗影被一圈光子圆环包围。由于旋转效应,黑洞左侧更亮。图片版权:D. Psaltis and A. Broderick
从视觉上看,视边界内侧的亮度明显更弱,看起来就像一个圆形的阴影,外面包围着一个明亮的光环。故此也得名黑洞 “阴影”(black hole shadow)。这个阴影有多大呢?史瓦西黑洞的阴影直径是视界直径的5.2倍;如果黑洞转得快,阴影直径也有约4.6倍视界半径。如此看来,黑洞视边界的尺寸主要与黑洞质量有关系,而与黑洞的自转关系不大。
后来,更多科学家针对黑洞成像开展了大量的研究,均预言黑洞阴影的存在。因此,对黑洞阴影的成像能够提供黑洞存在的直接“视觉”证据。
今天只是起点,未来将看到更多精彩
其实,人类关于黑洞的理论预言出现的时间不短,VLBI技术也并不是近十年才成熟。为什么现在才“拍”到第一张黑洞照片呢?一个重要的原因是,想要利用VLBI技术构成一个等效口径足够大、灵敏度足够高的望远镜,需要在全球各地广泛地分布着足够多的这类望远镜。过去十年中,技术的突破、新射电望远镜的不断建成并加入EHT项目、算法的创新等,终于让天文学家们打开了一扇关于黑洞和黑洞视界研究的全新窗口。
参与此次EHT观测的上海天文台专家一致表示,对M87*黑洞的顺利成像绝不是EHT的终点站。
一方面,对于M87*的观测结果分析还能更加深入,从而获得黑洞周围的磁场性质,对理解黑洞周围的物质吸积及喷流形成至关重要。
另一方面,大家翘首以待的银河系中心黑洞Sgr A*的照片也要出炉了。
EHT项目本身还将继续“升级”,还会有更多的观测台站加入EHT,灵敏度和数据质量都将提升,让我们一起期待,未来看到M87*和Sgr A*的更高清照片,发现照片背后的黑洞奥秘。
总之,人类既然已经拍到第一张黑洞照片,那黑洞成像的春天还会远吗?
人类首张黑洞照片正式发布,这样的发现有什么重要意义?宇宙浩瀚广阔,有着无数各类天体,除了我们比较常见的恒星,行星之外,还有一些特殊神秘的天休,比如中子星,脉冲星,黑洞等。要问宇宙中最神秘的天体是什么?相信很多人都会回答:黑洞。
没错,宇宙中最神秘的天体要属黑洞了,它是时空中的无底深渊,即使是光都无法逃逸。对于黑洞都只是广义相对论的预言、爱因斯坦的方程、模拟电脑图像、引力波等项目的间接证据,或者科幻小说的想象事物。
虽然科学家还无法直接观测到黑洞,但是由于黑洞它太霸道了,它在吞噬恒星等物质的时候,会爆发发耀眼的光芒,强烈的辐射波会传播很远很远,最后被射电望远镜探测到这些光芒,通过这些异常的天体现象,科学家知道了黑洞的存在。
虽然科学家知道了黑洞的存在,但是想要观测到它拍摄到它的图像却是非常困难的。然而,当全球科学界将分布在世界各地的8个射电望远镜(阵)组成“地球级别”的虚拟望远镜阵列,同一时刻、同一方向,对准同一片遥远星空,就连黑洞——这些深藏于宇宙各处的引力陷阱,也会“发出耀眼光芒”
从美国夏威夷到智利,从伊比利亚半岛到南极……全球30多个研究所,200多名科学家,倾数年心血,携手并肩,共同记录黑洞周围吸积盘和喷流等发出的耀眼光芒,从而让超大质量黑洞无处遁形,显现“真容”。正是全球同步的努力,让人类拍摄到有史以来首张黑洞照片。
科学家向全世界公布了人类首涨黑洞照片,人们第一次真正见识到黑洞长什么样,黑洞的真容不再只存在于人们的幻想中,那么首张黑洞照片的公布,会对现代科技有哪些现实作用?
可能很多人看到人类首张照片,看到的只是一个美丽的宇宙天体现象,可是对于科学界,对于整个人类文明,它的意义却是非凡的,它绝不仅仅是一张照片这么简单,那么具体的有哪些现实的指导意义?
一、验证爱因斯坦相对论,相信很多人都知道,爱因斯坦是人类近代史上伟大的科学家,他对宇宙时空理论的研究可以说是划时代的,尤其是相对论的提出,更是让人类迈入了新的阶段。对于黑洞的探索和研究,爱因斯坦广义相对论已经有预测。
通过广义相对论对黑洞作出的预测是:一个圆形“剪影”被一圈明亮的光子圆环所围绕,那么这个预测是否正确呢?要检测它的正确性,我们就必须要得到一张真实的黑洞照片,而这次通过全球合作,终于获得到了真实的黑洞照片。
通过广义相对论预测的黑洞照片和超级望远镜拍摄到的真实黑洞照片做对比,最后发现它们完全一致。再一次让人们看到了爱因斯坦的伟大,验证了广义相对论的伟大和正确。有了这个证明,对于人类未来的太空探索有着重要的意义。
比如,我们知道广义相对论是正确的,那么在未来,随着人工智能的的快速发展,在寻找和探索宇宙天体的时候,就可以通过广义相对论的的预测功能,将公式输入超级计算机,从而预测宇宙中某个位置可能存在的未知天体。确定了位置,再通过天文望远镜等观测设备去确定这个位置是否存在被预测的天体,这相对在茫茫宇宙中,靠碰运气的寻找天体来说,要强太多了。
二、打破广义相对论与量子力学之间的矛盾,相信不少科学爱好者朋友都知道,广义相对论和量子力学是现代物理学的两大支柱,广义相对论适用于质量巨大且引力作用很强的物体,比如黑洞;量子力学则控制着亚原子粒子的奇异世界。但这两种在各自领域都非常成功的理论却互不相容。
科学家不知道广义相对论在黑洞的边界是否正确,所以无法对一些东西进行取舍,而这次首张黑张照片的出现,验证了广义相对论对黑洞边界预测的正确性,它将会为物理学的前进指明新的方向,对于整个物理学都有不错的指导意义。
三、检测黑洞对于时空影响的正确性,广义相对论作为爱因斯坦提出的革命性理论之一问世。在这个理论中,爱因斯坦提出,物质会扭曲或弯曲时空的几何结构,人类以重力的形式感受到这种时空扭曲,而黑洞正是爱因斯坦理论的首批预测之一。
根据爱因斯坦相对论,黑洞的视界范围内是存在着空间扭曲和时间效应的,时空理论一直以来都是神秘的存在,它是时间和空间的结合体。在一些科学猜想中,掌握了时空就掌握了穿梭时空的奥秘,可以回到过去,前往未来。
但是时空却是科学界最难破解和研究的课题,尤其是时间概念更是不知从何下手。根据科学家对黑洞的探索和分析,认为黑洞也是有自转的,而且这个速度非常快,有可能达到亚光速甚至是光速。如果黑洞视界范围内是一个扭曲的时空,那对于人类的意义将非凡。
曾经有科学家提出过利用黑洞视界来实现穿梭未来的设想,这个设想就是让宇宙飞船进入黑洞视界,然后随着黑洞的超高速旋转让飞船实现亚光速或光速飞行。我们都知道,物体的速度越快,时间越慢,当物体的速度无限接近光速的时候,那物体的时间也无限接近于静止。
这种情况之下,绕黑洞运行的飞船对于地球上的人们来说,它可能已经运行,但是对于飞船内的宇航员来说,有可能只是过去了几分钟。当飞船停上飞行脱离黑洞视界后,来到地球,这个时候地球已经是后,从而实现前往未来的梦想。
以上三点只是人类首涨黑洞公布后,会对现实科技产生现实影响的一部分,其实它的影响远不止这些,否则科学家也不会那么激动,对于我们来说,看到的只是一张照片,但在科学家的眼里,这可能是人类文明对太空探索迈出的新篇章。
人类试拍首张黑洞 黑洞究竟长什么样史上首次!首张黑洞照片下周将公布[哆啦A梦吃惊]】据中科院消息,一支汇集了全球天文学家的宇宙观测团队,将在北京时间4月10日21点整召开全球新闻发布会,公布首张黑洞照片,这是人类第一次看到黑洞的真实样子,有可能是今年最重要的科学发现之一。届时,设在比利时布鲁塞尔、智利圣地亚哥、中国上海和台北、日本东京和美国华盛顿六地的分会场将以英语、西班牙语、汉语和日语四种语言进行直播。
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