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解放网|科学家是怎样为它拍照的，相当于410万倍太阳质量的黑洞

摘要：科学家们对两个黑洞进行了拍照 ， 一个是银河系的黑洞 ， 还有一个是距离我们5500万光年之外的M87星系中心的黑洞 。
解放网|科学家是怎样为它拍照的，相当于410万倍太阳质量的黑洞
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今年的诺贝尔物理学奖再次花落天体物理学 ， 一半授予罗杰·彭罗斯 ， 其获奖原因是“发现黑洞形成是广义相对论的有力预测”；另一半授予根泽尔和盖兹 ， 表彰他们“发现银河系中心有一个超大质量致密天体” 。 3位获奖者的工作均与黑洞有关 。 那么 ， 科学家是怎样给黑洞拍照的呢？请听中科院上海天文台团委书记左文文在“造就Talk”上的演讲 。
“看见”黑洞 ， 一直是人类的梦想 。
在宇宙中的每一个大质量星系里 ， 包括我们的银河系 ， 都存在着一个超大质量的黑洞 。 科学家们已经通过一些间接的方法 ， 比如观察它周围的恒星气体发出的光 ， 或者两个黑洞因碰撞与合并产生的引力波 ， 来确定黑洞的存在 。 就好像我们看不到风 ， 但是可以看到风吹动落叶、旗帜 ， 来判断风的存在 。
可是 ， 我们还不满足 。 人类的好奇心和探索欲驱使着我们想要知道：黑洞究竟长什么样子？可不可以直接看到黑洞？这就是为什么我们要给黑洞拍一张照片 。
黑洞 ， 它那强大的引力使得周围的气体会向中间下落 。 在这个过程中 ， 周围的气体一边旋转一边向黑洞中心掉落 ， 最后会在黑洞周围形成一个发光的腰带 ， 我们称之为“吸积盘” 。 还有一些气体没有被吸进去 ， 这些气体很可能会向外喷射出去 ， 产生喷流 。
所以 ， 黑洞其实并不是全黑的 ， 在黑洞的周围 ， 有吸积盘、喷流 ， 这些物质都会产生光 。
在黑洞周围的一定区域内 ， 叫作“事件视界” 。 黑洞视界将它的内部与我们可见的宇宙隔绝开来 。 在黑洞视界附近 ， 引力非常强 ， 以至于连光线都弯曲了 ， 围着黑洞绕圈 ， 进而在积累效应下形成一个亮环 。 光环的内侧因为显得比较暗 ， 所以称作阴影 。
这个光环的半径有多大呢？在距离黑洞中心大约2.5倍黑洞半径的区域 ， 会形成一个光环 。 所谓黑洞的半径 ， 大家可以理解成是在黑洞周围光都无法跑出去的势力范围 。
换算成数值的话有多大呢？在我们的银河系中心 ， 有一个相当于410万倍太阳质量的黑洞 。 如果是一个太阳质量的黑洞 ， 其势力范围是3000米 ， 那么410万个太阳质量的黑洞 ， 势力范围就是1200万千米 。 用上面提到的2.5倍换算一下 ， 就能得出这个黑洞光环的直径大概是7000多万千米 。
那么 ， 它距离我们有多远呢？26000光年 ， 相当于250亿亿千米 。 在这么远的距离 ， 我们该如何拍到一个直径7000多万千米的光环呢？
其实 ， 我们人类的眼睛就是一个小型望远镜 ， 只是我们看东西用的是可见光波段 。 如果我们在可见光波段去观测这个黑洞 ， 望远镜的口径需要造到6千米那么大；如果用红外波段去观测黑洞 ， 望远镜的口径得造到15千米 。
事实上 ， 目前地球上最大的单口径光学和红外望远镜 ， 口径也就10米那么大 ， 要从10米跳跃到6000米 ， 可不是通过努力就能实现的飞跃 。 地球上那么大的单个望远镜造不出来 ， 但我们有一种技术 ， 叫作VLBI———甚长干涉测量技术 。 这种技术的原理是这样的：假设地球上有4台望远镜 ， 设在东南西北4个方向上 ， 这时候我们共同构成的这个等效望远镜 ， 它的等效口径相当于最远的两台望远镜之间的距离 。
通过这样的技术 ， 我们实现了一个等效口径和地球直径相当的望远镜 。 全世界的科学家一起 ， 在全球6个地点设了8个台站 ， 构成了一个事件视界望远镜（EHT）的网络 。
科学家们对两个黑洞进行了拍照 ， 一个是银河系的黑洞 ， 还有一个是距离我们5500万光年之外的M87星系中心的黑洞 。
2017年 ， 我们花了10天时间共同进行拍照 ， 获得了海量的数据 。 这些数据有多大？M87星系中心的黑洞照片数据 ， 大小有3500T 。 1T是1024个G ， 我们平常看的高清电影 ， 最多2G 。 如果把所有这些数据换算成大家看的电影 ， 从早看到晚 ， 一个人要300年才能把这些数据看完 。


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