首张黑洞照片公布,有何意义?
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发布时间：2022-12-21 18:37
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时间：2024-12-15 05:59
一些人认为这事没啥值得大惊小怪之处，毕竟关于黑洞的图片我们已看得太多，我们还能从这张黑洞照片中学到什么新东西么？嗯，我们能学到很多东西，毕竟从前的都是基于理论推理的图片或者CG，不是真的。或许从前的推断都错得离谱呢，或者不够准确呢？黑洞照片将是检验爱因斯坦广义相对论是否足够正确的关键考验，因为黑洞实在是非常极端的天体。
图示：《科学》期刊网站发布预测中的黑洞照片模样，预测究竟准不准就看今晚九点了！
要回答这问题，我们还是得再次重复一下。
什么是黑洞？
首先，黑洞是一个坍缩的巨大恒星，由于其引力强大到，需要超光速才能逃逸，因此就连光也无法逃脱它们的掌握，这就是黑洞为什么被称为黑洞的原因。另外，按照爱因斯坦的狭义相对论，宇宙中没有比光更快的粒子，所以一旦什么东西进入了黑洞，那它就再也出不来了。
图示：黑洞的诞生历程。超大质量恒星向内坍缩，引发剧烈的爆炸形成超新星，其外层 物质被炸飞，但其核心继续坍缩，如果质量足够大，最终就会形成黑洞，黑洞的强大引力将吸引附近的物质旋转着坠入黑洞，在这个过程中黑洞外围物质会释放大量能量 。
天文学家们即将发布的黑洞照片，是被称为射手座A的黑洞，这个黑洞正是是我们银河系中心的“超大质量”黑洞，是银河系维持稳定的引力源泉。
超大质量黑洞的质量通常是太阳的数百万倍至数十亿倍，并在几乎所有星系中心都发现了它们的存在，这意味着星系的演化是围绕着超大黑洞为核心发生的。研究超大质量黑洞，将让我们更好地理解宇宙的大结构。
除了射手座A黑洞之外，本周天文学家们还将发布另一个超大质量黑洞的图像，这个黑洞不在银河系内，它距离我们5350万光年。
图示：这个计算机模拟的图像显示了一个位于星系核心的超大质量黑洞。中心的黑色区域代表着黑洞的事件视界，一旦进入事件视界，即便是光也无法逃脱。黑洞强大引力还扭曲了它附近的空间，看起来就像一个有趣的镜子。（NASA，ESA和D. Coe，J。Anderson和R. van der Marel（STScI））
我们会看到什么？
顾名思义，黑洞是黑色的，所以不可能“看到”黑色的空间背景。但是黑洞事件视界附近的物体，则是可见的。 根据此前的理论预测，这张照片可能会显示出被一圈强光环绕的黑色斑点。但是，拍摄银河系中心黑洞是个巨大的挑战，因为它被“笼罩在厚厚的尘埃和气体云中” 。
图示：模拟图像显示了超大质量黑洞周围极端环境中的湍流等离子体。（照片：亚利桑那大学。）
怎样“拍摄”黑洞照片？
正如您所料，这不是您用智能手机就能随便拍摄的夜空照片。图像由专门的Event Horizon射电望远镜所收集的数据进行计算机推演得出。Event Horizon射电望远镜，是世界各地专门设计来用于观察黑洞的系列望远镜。这些望远镜分布在智利，夏威夷，亚利桑那，墨西哥，西班牙和南极。由此组成的阵列，相当于人类制造了一个和地球一样大的射电望远镜！用这台巨大的望远镜收集从黑洞附近发出的射电信号，这些信号可以穿透厚厚的尘埃和气体云。望远镜将捕捉到黑洞附近可以探测到的高能辐射。
图示：此次黑洞照片拍摄涉及全球多个地区
黑洞与爱因斯坦的相对论
来自黑洞的图像可以让我们更深入地了解阿尔伯特爱因斯坦的广义相对论，这是他在1915年提出的*性理论，在当年引起了轩然大波，彻底改变了我们对宇宙的观念，在广义相对论中，时间空间和物质被紧密结合在一起。
图示：太阳的质量扭曲了空间，行星绕太阳转动，并非因为引力，而是因为空间被扭曲，就像篮筐上旋转的篮球，不是因为篮筐吸引了篮球。这样的观念实在过于*传统。在当时很少有人相信这是真的。
这也是爱因斯坦对物理学最大的贡献，是现今天文学家理解宇宙最重要的科学理论。注意，刚才我们说的是狭义相对论（光速不可超越），现在说的是广义相对论，说的是引力扭曲空间。
黑洞事件视界的形状可以进一步证明爱因斯坦的广义相对论的正确或者对它产生新的疑问。此前天文学家们在太阳系内对广义相对论进行了高精度验证，证明在太阳系内广义相对论是正确的。但它真的对太阳系外的天体还正确或足够正确吗？尤其是对黑洞这样的超常规天体来说？
图示：卡西尼-惠更斯号空间探测器，在太阳系内完成对广义相对论高精度验证，注意无线电波在经过太阳附近时转弯了，转弯的幅度可以由广义相对论进行计算，该实验表明在太阳系中，广义相对论非常准确，误差极小。但是黑洞附近呢？用广义相对论去计算黑洞对周围空间的扭曲还靠谱吗？
因此，首张黑洞照片还承担着验证广义相对论的科学使命。
当然，有必要提前说一下，即便照片显示广义相对论不能完全解释黑洞的事件视界形状，那也不代表广义相对论一定错了，更可能的情况是，对于黑洞物理学家需要对广义相对论进行某种修正，这也将让物理学家和天文学家更进一步地搞明白黑洞的性质。
总之，不论是验证还是对广义相对论产生冲击在科学上都是好事儿。
但从搞一个大事情的人类本性出发，尤其是科学家们，我想他们大概很希望看到爱因斯坦的广义相对论在黑洞面前出现破绽呢。
美国国家科学基金会，将在美国东部时间本周三上午9点(即北京时间今晚9点）发布黑洞首张照片，就让我们拭目以待吧。
首先黑洞到底长什么样，肯定是没人知道，因为根本就没人见过黑洞，那么如果人类真的能公布黑洞的照片，就基本意味着前人的预测和研究是正确的。
事实上黑洞的概念最早萌芽于18世纪，当时有一位叫米歇尔的人认为，当一颗恒星拥有足够大的质量之后，光线会被巨大的引力吸引，导致我们无法看见这颗恒星。
其次法国科学家拉普拉斯也持有同样的看法，例如在1793年的时候，拉普拉斯就说过这么一句话。
“天上有很多看不见的天体，这些天体可能和恒星一样大，也可能和恒星一样的多，但由于它们太大了，导致它们发出光被它们自己的引力拉住了，所以天上最亮的恒星，往往是人类看不见的。
后来随着时间的发展，有很多的科学家都预测过黑洞，这其中就不得不提到爱因斯坦，爱因斯坦广义相对论向人们阐述了，物质的质量会引起宇宙空间的弯曲。
结果正是因为根据广义相对论的方程，德国科学家施瓦兹计算出一个惊人的结果，他发现当一个物质的质量达到一个限度之后，将会在宇宙中形成一个无底洞。
这个无底洞在爱因斯坦看来，实际上非常的荒谬，爱因斯坦也太相信有这样的天体存在，但随着时间的推移，人们认为施瓦兹的计算结果似乎是对的，于是黑洞便开始被科学界接受。
但问题在于黑洞存在的基础在于计算，谁也没有亲眼见过，那么首张黑洞照片的公布，就意味着黑洞是确实存在的，人类的研究和预测方向都是正确的，这对于人类文明的发展来说是有重大意义的……
黑洞是个吸引力无穷大的一个洞——这是在很早以前对黑洞的概念，估计也有很多小朋友或成年人依然不太清楚黑洞是个什么东东，于是我就立刻做了测试：
领导，黑洞是什么
领导答：黑洞就是什么都能吸进去，连光都跑不了...
我追问“黑洞到底是什么？
领导答：黑洞...就是...很学术的一个名词，我也不知怎么说
我：黑洞就是一种特殊天体
领导：黑洞怎么是天体呢？黑洞是......
这个没有疑问，黑洞就是一个特殊天体，它的特殊体现在其质量大的超乎一般人的想象，但是又不像其他天体那样可见或者非常容易被观察探测到，因为连光都难以挣脱其似乎无穷大的吸引力，所以科学家们就形象的称为其为黑洞。
至于科学意义，一是爱因斯坦的相对论预测了黑洞的存在，那么这个照片无疑是对爱因斯坦相对论的再次验证，虽然爱因斯坦本身对黑洞的存在也存在质疑。二是有了黑洞实体照片，那么今后关于黑洞各种研究肯定会进一步加快。巧妇难为无米之炊，现在给你一个实体照片，那么敏锐的科学家们也许能因此发现更多的蛛丝马迹而找到研究的新切入点。
人类对黑洞的观察、猜测、研究，已有200多年的 历史 。在第一张黑洞照片公布之前，我们虽然坚信知道宇宙中有黑洞，有这样一个质量巨大、引力超强、连光也无法逃逸的天体的存在，也曾有模拟图象，但是，毕竟并没有真正观测到它的存在，不知道它究竟长什么模样。
何况，人类无法想象的是，黑洞是如何“吃”掉物质，然后又将一部分“喷射”出来的。科学家们猜测，黑洞会产生特别的阴影区，并形成环状。光线消失在黑洞附近，波长在外面拉长，光变得更红。这一过程，被称作“引力红移”。
“引力红移”现象，早已被论证。但是在黑洞附近，物体接近事件视界时，这一现象会变得无穷大。因为只有黑洞，才是宇宙最极端的引力环境，和最佳的碰撞实验环境，科学界将此称为“事件视界”。科学家们猜测，黑洞位于M87星系的中心。
M87星系，是法国天文学家梅西耶于1781年发现的。于是，为了一探黑洞的究竟，世界各国的科学家通力合作，为观察黑洞而专门设计了“事件视界望远镜”。这一前所未有的望远镜，由分布在全球8个地方的射电望远镜组成，模拟口径有地球本身那么大。
在约定的同一时刻，这8台位于不同地方的射电望远镜，同时对准科学家们猜测的黑洞位置―――M87星系的中心，大量拍照。然后，200多名科学家，花费了两年时间，对海量的成像进行了理论分析、数据处理后，完成了震惊人类的照片。
这次公布的照片，不但证明了黑洞确实存在，验证了爱因斯坦的广义相对论，也让人类明确知道了黑洞的真实样貌形状，与科学家们上百年的研究推测，完全吻合。它的中心，恰为一个黑色的耀眼光环。光环中间的黑色部分，是光线被强引力所吸造成。
而那个明亮的环，正是因受黑洞吸引而高速旋转的吸积盘。黑洞距离地球大约5500万光年，质量是太阳的近65亿倍。黑洞的周围，有差不多13亿颗恒星。这张照片，对人类解开黑洞之谜，研究宇宙演化史，都是一个里程碑似的事件。
首张黑洞的事件视界照片公布，有什么意义？
北京时间2019年4月10日21：00将要公布第一张黑洞的事件视界照片，无疑这是天文界的大事，也是科学界不小的波澜！自LIGO发现引力波事件以来，已经有好多年没有这种全球期待的轰动性科学进展事件了！
一、黑洞的事件视界是个嘛玩意？
黑洞是因质量极大而天体的结构无法支撑引力坍缩而成一个奇点的特殊天体，它有很多特殊的属性：
1. 引力极大，在视界范围内连光都无法逃逸（此为黑洞命名的由来）
2. 不具原先天体的任何特征，此为黑洞的*定理
3. 极大的引力会吞噬周围的星际物质
我们已经在银河系中发现很多类似黑洞天体的特征，尽管连光都无法逃逸，但我们仍然可以从它的吸积盘以及对背景光线的扭曲来发现它，前者吸积盘辐射的发现要求并不是特别高，钱德拉硬X射线望远镜即可发现大量的疑似黑洞天体！后则这种引力透镜则是间接方式！
二、黑洞的事件视界是怎么拍出来的？
上文中有说到黑洞的吸积盘，钱德拉硬X射线等，就如哈勃发现遥远天体，看到并不难，但要看清则很难！这就是为什么哈勃能拍摄到134亿光年外的GN-Z11这个宇宙初期的婴儿星系,却拍不到月球上的阿波罗11号留在月面的美国国旗！因为哈勃在月面的分辨率为50M，如果要看清长度1-2M的国旗，哈勃至少需要装备口径60M左右的主镜！这就是“口径才是王道”的真正来历！
此次成像的对象是银心黑洞Sgr A*,质量为太阳的400万倍，视界直径2400万千米，在这样的距离上要看清这个尺寸的天体，光学望远镜至少需要6.88KM的口径！很显然我们不具备这个条件！
当然活人并没有被尿憋死，人类以分布在地球各处的射电望远镜阵列以同时工作的干涉仪模式实现了超大口径的模拟！射电波段选择在了1MM处能对银心最清晰成像的毫米波段！
三、为什么中国的FAST不参与？
中国的FAST口径高达500M，即使观测南天区低纬度的银心它的有效口径大的吓人，但很可惜FAST并没有参与到此次观测中来！
1. 此次观测的是毫米波段波长1MM的电磁波，而FAST比较擅长观测0.3M左右的中子星射电波段，因此在波段上并不合适！
2. 此次观测的主要选手是位于智利沙漠的阿塔卡马大型毫米波亚毫米波阵列（ALMA），理论上这个阵列确定以后周围的望远镜就确定了，基本上就在以此为中心的西半球范围内的射电望远镜，各位可能会有疑问，为什么会这样？
因为工作在干涉模式的望远镜阵列最基本要求是同时观测，而且这个同时要求极高，必须在同步原子钟精确时间下协调工作，这些望远镜阵列观测到的信号不是叠加即可，而是在模拟一个超大射电望远镜的不同反射扇面，这个观测精度要求极高！
四、如此折腾有什么意义？
人类从刀耕火种走到今天可以上天入地，创造了一个又一个奇迹。而就在明天，人类即将再次创造一个奇迹，公布第一张黑洞的真实照片！
正如阿莫斯特朗说的那样：“这是我的一小步，却是人类的一大步”。黑洞的首长照片，可以说是人类文明的“一大步”，这是人们首次看到了黑洞真是的视界照片，极大满足了人类的好奇心。黑洞本身并不可见，黑洞的视界是黑洞内光线刚好逃不出去的边界。也可以说，黑洞的视界就是黑洞的外貌。而之前，所有关于黑洞的照片，都是人们自以为是的模拟图。这次 科学家们首次联合各地的毫米波望远镜，对准银河系中心的超大质量黑洞进行视界成像，让人们首次看到黑洞的神秘面纱。
黑洞是被相对论预言存在，但是却从来没有直接看到过的天体。黑洞长什么样，是何种形态，让我们好奇不已。黑洞就像是怀孕肚子里的小宝宝，大家只能够感觉到，却无法看到，急的我们心里*的。霍金是个代表，研究了一辈子黑洞，然而却没有见过黑洞，为此，他甚至怀疑自己研究的黑洞并不存在。如果霍金没有离我们而且，他听到这个消息，一定会喜极而泣。
所以，黑洞照片的公布，跑去那些物理学家关系的东西，对我们大众来说，意义就是满足了我们对宇宙天生的好奇心，过上一把眼瘾。俗话说：“朝闻道夕死可矣”，看上一眼黑洞这个宇宙最*、最神秘的天体，我们也不枉一生了。至少，比霍金幸福多了。
所以，期待明天的黑洞照片吧~
科学的发展，是靠提出一个个可以被验证“证伪”的理论来前进的。
因为没有人可以全知全能的“证实”某个事情。
符合我们现在观测到的证据，并且具备可证伪性，我们就可以当作一个合理的理论猜想来进行研究。
并不是真理，
所以人类首张黑洞照片无法“证明”广义相对论，它只是又让广义相对论可信度增高了一些。
它的意义在于，它具备可以证伪广义相对论的能力。
这无疑是非常重要的，对人类有极大的意义，我们对黑洞研究非常重要，因为黑洞有能力(间接地)创造、维持和毁灭宇宙中的任何东西。创造和毁灭只是意味着转变。
它们被认为是整个宇宙中最大、最强大、最明亮的“物体”。如果它们没有那么强大的引力，如果它们允许光不断地逃逸，它们就会看起来像宇宙中最亮的星星，我们几乎可以用肉眼在每个星系的中心看到它们。当然，光进入黑洞是无法逃逸，所以黑洞并不是最亮。
黑洞在哪？理论上认为始终是所有星系的中心！
它们包含着引力奇点。研究黑洞可能有助于理解宇宙本身是如何从引力奇点“诞生”的。因此，黑洞可能包含宇宙及其起源的最深层秘密。
所以我们要尽可能多地了解它们。有了这些知识，我们就能更好地理解宇宙是如何运作的。
在讨论宇宙的时候，我们可能会问，“为什么我们要关心一些人类无法触及的东西”，但是人类还是有一种冲动，想要尽可能多地了解一切。
而如今，关于黑洞的第一张图片已经被人类观测到，从认识来，这一过程不过是一百多年，不难想象，在未来，我们人类将揭开更多关于宇宙的奥妙。
欧盟委员会、欧洲研究理事会和事件视界望远镜（Event Horizon Telescope， EHT）团队 联合宣布，将在4月10日举行发布会，展现事件视界望远镜的重大研究成果。
届时将在布鲁塞尔、圣地亚哥、智利、 上海 、 台北 以及东京同步直播。 欧洲中部夏令营时间是15:00，那么北京时间是21:00。
黑洞是爱因斯坦广义相对论研究和预言的特殊天体，科学上已经基本确认其存在，但从未真正意义上看见过黑洞到底是什么样子。网上出现的大多数黑洞照片都是计算机根据数据模拟出来的。
而这一次重大发现很可能就是拍摄到了黑洞视界的存在，这是对爱因斯坦广义相对论的再一次印证。这次主要归功于位于美国、墨西哥、智利、法国、格陵兰岛和南极六个地方望远镜组成的观测阵列，让我们对距离我们大约2.6万光年的银心黑洞有了第一次“清晰”的认识。
这也是人类第一次揭开黑洞的面纱一睹其真容。
文/科学黑洞，图片来源网络侵删，欢迎点评
黑洞到底是什么样的？物理学家和天文学家都会给出不同的解释，宇宙深处存在黑洞今天确已无可置疑。
从广义相对论可以推断在宇宙的广阔空间中有大量黑洞的存在，众多的天文观测证据（包含引力波探测、双星演化、类星体观测等）确认需要有恒星质量大小的小黑洞、百万太阳质量以上的星系中心超大质量黑洞、及质量居中 （具有百个、千个、万个太阳质量） 的中等质量黑洞存在，但我们尚并不知道黑洞在现实中的真实模样。黑洞在普通人认知中就是：会吸入所有一切，连光都逃不出来。
现如今，人类终于要公布黑洞拍下第一张真正的照片了，它来自来自世界上8台射电望远镜组成的毫米波VLBI网的成像数据。将告诉我们，黑洞就在那，它长这样！ 到明天晚上，大家就可以对比是否和《星际穿越》中刚看到黑洞图像是否一致了。
上图：“事件视界望远镜”EHT项目，全球多地的8个亚毫米射电望远镜将同时对黑洞展开观测
上图：电影《星际穿越》中的黑洞，周围的亮环是由气体构成的吸积盘
视界面望远镜EHT观测目标主要有两个，一是我们所居住的星系——银河系的中心黑洞Sgr A*，二是位于星系M87中的黑洞。 Sgr A*黑洞的质量大约相当于400万个太阳，M87中心黑洞的质量达到了60亿个太阳质量。可见，它们都是位于星系中心的超大质量黑洞。黑洞 照片的公布，是人类在黑洞观测史上迈出的最重要一步。一方面呼应（再次验证和严格*）爱因斯坦的广义相对论，一方面也将回答星系形成和演化中的重要问题——黑洞活动（壮观的喷流）是如何产生并影响星系演化的。
位于银河系中心的Sgr A*（人马座A*）
M87星系壮观的喷流，来自其中心黑洞的气体高速准直喷射
