4月10日晚,幾乎所有人都在討論“人類首張黑洞照片”。
北京時間21:00,比利時布魯塞爾、智利圣地亞哥、中國上海和臺北、日本東京以及美國華盛頓,全球六地同時發(fā)布“人類首張黑洞照片”,其重要程度不言而喻。事實(shí)上,這極有可能是今年最重大的發(fā)明之一。
早在1915年,愛因斯坦發(fā)表廣義相對論,最先預(yù)言了黑洞的存在。
然而,100多年后的今天,2019年4月10日,人類有望第一次“親眼目睹”黑洞真容。
這就是人類首張黑洞的照片:
這張照片是一張來自M87星系的黑洞的照片。
幾個世紀(jì)前,人們就察覺到了黑洞的存在。
直到今天,人類才首次拍攝到了黑洞的照片,對于黑洞的探索,人類從未停止努力。
但關(guān)于黑洞的一系列最基本的問題,許多吃瓜群眾卻仍然是一知半解。
黑洞到底是什么?
在短短一分多鐘的視頻中,茍利軍回答了一系列關(guān)于黑洞的問題,解答了無數(shù)網(wǎng)友們的疑惑。
其中,最致命也是網(wǎng)友們最關(guān)心的問題便是:“黑洞到底是什么?”
“黑洞”(black hole)一詞在1968年才由美國天體物理學(xué)家約翰·惠勒提出來,但早在1783年,英國地理學(xué)家約翰·米歇爾(John Michell)便已經(jīng)意識到:一個致密天體的密度可以大到連光都無法逃逸。這也是普通人在今天對于黑洞的最基本認(rèn)識:吸入所有一切,連光都逃不出來。
茍利軍給出了簡明扼要又十分清晰的回答:
“簡單來說,黑洞就是一個黑色,連光都逃脫不出來的球體。”
更為詳細(xì)的定義:黑洞是一種質(zhì)量極大的天體,具有非常強(qiáng)的引力,在它周圍的一定區(qū)域內(nèi),連光也無法逃逸出去,這個邊界稱為“事件視界”。
黑洞自身是不發(fā)光的
我們看到的發(fā)光實(shí)際都
來自于事件視界外面的物質(zhì)
關(guān)于這次拍到的黑洞
該黑洞位于室女座一個巨橢圓星系M87的中心,距離地球5500萬光年,質(zhì)量約為太陽的65億倍。
它的核心區(qū)域存在一個陰影,周圍環(huán)繞一個新月狀光環(huán)。愛因斯坦廣義相對論被證明在極端條件下仍然成立。
“黑洞的大小完全取決于它的質(zhì)量。”
“一般情況下,我們用一個史瓦西半徑來描述。”
(史瓦西半徑是任何具有質(zhì)量的物質(zhì)都存在的一個臨界半徑特征值。天文學(xué)家、物理學(xué)家卡爾·史瓦西首次發(fā)現(xiàn)了史瓦西半徑的存在,這個半徑是一個球狀對稱、不自轉(zhuǎn)的物體的重力場的精確解。)
1個太陽的史瓦西半徑是3公里,那么直徑則為6公里。
100萬個太陽質(zhì)量,就是100萬再乘以6公里,所以是600萬公里。
而更為直接的問題,則是“拍到黑洞照片意味著什么?”
“這張照片,第一次直接的幫助我們確認(rèn)了黑洞的存在。”
在此之前,雖然人類通過各種方法間接的確認(rèn)了黑洞的存在,但都不是最直接的方式。
這張照片,則妥妥的證明了:黑洞確確實(shí)實(shí)是存在的
而被問到“為什么這次沖洗照片這么久?”時,茍利軍給出了兩個方面的回答,一方面是因?yàn)閿?shù)據(jù)量非常大,涉及到了全球八個不同地方的望遠(yuǎn)鏡;
另一個則是因?yàn)椋?strong>在數(shù)據(jù)處理的過程當(dāng)中,有很多技術(shù)上的難點(diǎn),導(dǎo)致處理的時間非常長。
“這個發(fā)現(xiàn)將對人類帶來什么樣的影響?”
“如果我們能通過照片看到黑洞周圍的狀況,有助于幫我們解決最基礎(chǔ)的一些問題。”
茍利軍的幾句回答,簡單粗暴的給吃瓜群眾們普及了常識,讓人忍不住想喊一句:
黑洞是如何拍到的?
在上海,人類首張黑洞照片以及這一項(xiàng)重大成果,由“事件視界望遠(yuǎn)鏡”EHT項(xiàng)目和中國科學(xué)院共同發(fā)布。
“事件視界望遠(yuǎn)鏡”項(xiàng)目由全球多個國家和地區(qū)的科研人員組成,他們利用分布在世界各地的射電望遠(yuǎn)鏡,組成一臺巨大的虛擬望遠(yuǎn)鏡,其口徑相當(dāng)于地球直徑。
該項(xiàng)目此前宣布,用這一虛擬望遠(yuǎn)鏡“拍照”的重點(diǎn)對象是兩個黑洞,一個是位于銀河系中心的“人馬座A*”,另一個位于代號為M87的超巨橢圓星系中心。
理論上,黑洞是愛因斯坦廣義相對論預(yù)言存在的一種天體,它具有的超強(qiáng)引力使得光也無法逃脫它的勢力范圍,該勢力范圍稱作黑洞的半徑或稱作事件視界。
此前,天文學(xué)家都是通過各種間接的證據(jù)來表明黑洞的存在,而EHT項(xiàng)目則是通過這個擁有地球直徑的“虛擬望遠(yuǎn)鏡”直接觀測到了黑洞邊緣的圖像。
專家強(qiáng)調(diào):人類首張黑洞照片的問世,將對研究黑洞具有重要意義。
在人類首張黑洞照片拍攝計劃之初,茍利軍和其他研究者合作寫過一篇文章。
文中曾提到:
無論我們最終得到的黑洞圖像是什么樣子——像電影畫面一般壯觀恢弘,或者只有幾個模糊的像素點(diǎn)——視界面望遠(yuǎn)鏡都意義非凡,這是我們在黑洞觀測史上邁出的重要一步。
觀測結(jié)果不僅僅是一張照片那么簡單,它一方面呼應(yīng)著愛因斯坦的廣義相對論,一方面也將幫助我們回答星系中的壯觀噴流是如何產(chǎn)生并影響星系演化的。
我們將成為有史以來第一批“看見”黑洞的人類,真是好運(yùn)氣!
如今照片就在我們眼前,黑洞的神秘面紗已被掀開。
作為人類歷史上首批看到黑洞真正面貌的人,我們感到無比驕傲!
人類探索黑洞的歷程
人類歷史上,對黑洞的探索已經(jīng)長達(dá)幾百年之久。
兩個世紀(jì)以前,英法兩國的科學(xué)家就曾提出:
一個質(zhì)量足夠大但體積足夠小的恒星會產(chǎn)生強(qiáng)大的引力,以致連光線都不能從其表面逃走,因此這顆星是完全“黑”的。
但這一研究,當(dāng)時并沒有得到重視。
一個世紀(jì)之后,1915年,愛因斯坦發(fā)表廣義相對論。
次年,德國天文學(xué)家卡爾·史瓦西(Karl Schwarzschild)通過計算得到了愛因斯坦引力場方程的一個真空解。這個解表明:
如果將大量物質(zhì)集中于空間一點(diǎn),其周圍會產(chǎn)生奇異的現(xiàn)象,即在質(zhì)點(diǎn)周圍存在一個界面——“視界”一旦進(jìn)入這個界面,即使光也無法逃脫。
這種“不可思議的天體”被美國物理學(xué)家約翰·阿奇博爾德·惠勒(John Archibald Wheeler)命名為“黑洞”。