看不見的照片

大可

黑洞，多次挑起人們的關注。

2019年4月10日，人類獲得首張黑洞照片的新聞，吸引了全世界的目光。

預言

一百多年前愛因斯坦提出了廣義相對論，廣義相對論推導出宇宙中存在著一種引力極強的天體。不久，另一位科學家史瓦西根據(jù)這個理論，經(jīng)過縝密計算，預言有這樣的天體：它有強大的引力，無論什么物質(zhì)，包括光都無法逃離，所以從外面來看，就是一個絕對黑暗的天體。后來一位名叫惠勒的物理學家把這個天體叫作黑洞，大家覺得挺形象，于是這個還沒法證實的天體，有了名字。

黑洞的邊界，被叫作“事件視界”，物體能通過事件視界落入黑洞，但無法通過事件視界逃離黑洞。

半個多世紀后，著名科學家霍金提出了“黑洞蒸發(fā)理論”，意思是黑洞不是完全黑的，也不單純是個吸入洞，它可以吸進物質(zhì)，也會向外發(fā)射物質(zhì)。

對這個看不見的預言，人們越發(fā)半信半疑，管它黑不黑、吸還是射，總得眼見為實吧。

黑洞黑暗，沒法直接看到，人們就借別的方式來確認。

科學家很明確，將要捕捉的不是黑洞本身，而是黑洞事件視界邊緣的“看得見的物體”，它們在黑洞周圍形成了一圈光環(huán)，根據(jù)光環(huán)的輪廓來顯示黑洞的輪廓。

捕捉

通過近百年的努力，人們終于能看到“真身”，哪怕是用其他物體“襯托”方式看到的，這至少說明，真有黑洞。

在崇敬科學家之余，覺得相對論、蒸發(fā)論、事件視界......深不可測的普通人，很自然地把關心的目標轉(zhuǎn)移到了自己能懂的事情上：這張曠世照片，是用了什么照相器材？是哪位攝影師的杰作？

雖然答案也有點兒深奧，但畢竟知道了“照相器材”其實是“事件視界望遠鏡”。

地球?qū)儆谔栂担栂祵儆阢y河系，而要“拍攝”的黑洞屬于銀河系之外的M87星系，距離我們5500萬光年。實在太遙遠，從地球上看過去，太小了。

我們眼睛能看到的星星，比如金星、木星都是一“顆”一“顆”的，實際上木星的體積是地球的1316倍;金星則比地球略微小一點兒，想想地球有多大，就知道那家伙也是個巨無霸。

而那么遠、那么小的黑洞，不要說眼睛，一般的望遠鏡也看不到，需要一個很大的望遠鏡。要多大？像地球那樣大！這可不好辦，即便能造，也沒地方放啊。人們想出了法子：由分布在全球不同地區(qū)的多個射電望遠鏡，組成一個虛擬大望遠鏡。一位身在德國波恩的科學家風趣地評價這個技術：如果用這個大望遠鏡，人在波恩能看清美國紐約街頭報紙上的字，前提是，地球必須是平的。

“攝影師”是來自全球30多個研究所的200多名科研人員，他們用這些射電望遠鏡聯(lián)合接收與黑洞相關的電磁波信號。

原來，射電望遠鏡并不能直接“拍攝”黑洞，它們的方法是收集海量的電磁波數(shù)據(jù)，用數(shù)據(jù)來描繪黑洞的長相。

經(jīng)過近兩年對數(shù)據(jù)的處理、分析，才獲得第一張黑洞照片。

照片上色彩鮮明，但原有的數(shù)據(jù)并不存在顏色的不同。

雖然“看得見的物體”發(fā)射的電磁波有可見光、不可見光，但這個大望遠鏡接收的電磁波屬于不可見光，原來，它本是一張“看不見的照片”啊。科學家們只能感應到信號的強弱，為了讓大家一起分享發(fā)現(xiàn)的快樂，才用顏色做了處理效果。

那火紅的亮色部分就是“看得見的物體”，被稱為“吸積盤”。

有人形容黑洞，強大的引力使它像一頭張開大口的餓獸。其實，黑洞很紳士，并不是急吼吼地“吞噬”物質(zhì)，它“吃”起來慢條斯理，吸積盤就是例證。

吸積盤是一些圍繞黑洞旋轉(zhuǎn)的物質(zhì)。比如，如果有一顆恒星靠近了黑洞，并不會“欻（chu`）”的一下被吸入黑洞。

就像地球上有潮漲潮落，主要是受到月球的引力一樣。同一時刻，地球各部位有的面向月球，有的背向月球，有的側(cè)向月球，受到的引力不同，所以有的是漲潮，有的是退潮。

同樣，黑洞對恒星不同部位的引力作用相差很大，這個引力的差別，會把恒星撕成碎片。這些碎片就環(huán)繞黑洞旋轉(zhuǎn)，形成一個吸積盤。

因為黑洞的引力，這些物質(zhì)旋轉(zhuǎn)著靠近黑洞，在旋轉(zhuǎn)中因為互相摩擦，溫度上升，會發(fā)出大量的電磁波，所以吸積盤能被射電望遠鏡“拍攝”到。

隨著旋轉(zhuǎn)，一些物質(zhì)會逐漸接近黑洞的事件視界，最終落入黑洞。照片陰影部分還不是黑洞的“真身”，它在陰影部分的中心。因為射電望遠鏡只能捕捉到超過黑洞直徑三倍以外地方的物質(zhì)。

這個黑洞的質(zhì)量是太陽的60多億倍，太陽質(zhì)量是地球的33萬倍。

什么叫質(zhì)量？告訴你它的計算單位就知道了——千克。

出身

“攝影師”中有我國的科學家。“照相器材”呢？基本沒有，只是上海和新疆的射電望遠鏡參與了協(xié)同觀測。

過了7個月，黑洞新聞又來了，而且爆炸性不亞于那張照片：郭守敬望遠鏡發(fā)現(xiàn)迄今最大恒星級黑洞。

郭守敬？名字“很中國”啊。對，是中國的望遠鏡、中國的科學家發(fā)現(xiàn)了這個黑洞。

這顆恒星叫LB-1，質(zhì)量是太陽的70倍。

咦？M87黑洞的質(zhì)量是太陽的60多億倍，這個70倍的怎可自稱“最大”？

哦，因為“出身”不同，它們倆屬于兩個“派系”，在各自“山頭”論資排輩，稱王稱霸。

M87屬于超大質(zhì)量黑洞，這樣的黑洞，質(zhì)量是太陽的100萬～100億倍之間。科學家認為，在銀河系等所有星系的中心，都會有一個或幾個超大質(zhì)量黑洞。M87黑洞就在M87星系的中心。這樣的黑洞來歷成謎，有一種研究認為，在宇宙大爆炸之初，也就是宇宙誕生之際，就開始形成超大質(zhì)量黑洞。

恒星級黑洞的出身很明確，就像它的名字，是大質(zhì)量恒星死亡后的“遺骸”。

對，恒星會死亡。

太陽也是恒星。太陽發(fā)光發(fā)熱，為地球源源不斷輸送能量，太陽能量來源于太陽內(nèi)部的核聚變反應。核聚變需要燃料，主要是氫，還有氦等。其他恒星也是時時刻刻進行著核聚變，揮霍著燃料。燃料揮霍完，恒星就死亡了。

這么說來，太陽以后也會變成黑洞？

哪里，死亡后的“變身”也是有級別的。太陽算恒星中質(zhì)量小的，它將成為白色、體積比較矮小的白矮星。比它大的將成為中子星。成為中子星之前，那顆恒星會發(fā)生大爆炸，極其明亮，很久才會消失，這便是超新星，爆炸剩下的就是主要由中子組成的中子星。

原子已經(jīng)夠小了，可中子比它還要小，是組成原子的物質(zhì)之一。

大質(zhì)量的恒星才能成為恒星級黑洞。

剛剛提到了超新星，那么有沒有新星？有，白矮星從別的星中“偷來”燃料再次核聚變，就是新星。

郭守敬望遠鏡從功能來說，叫“大天區(qū)面積多目標光纖光譜天文望遠鏡”，英文縮寫為LAMOST，這次的發(fā)現(xiàn)被命名為LB-1，就是為了紀念郭守敬望遠鏡的貢獻。

以前尋找恒星級黑洞，主要靠捕捉吸積盤發(fā)出的X射線。郭守敬望遠鏡發(fā)現(xiàn)的這個黑洞，X射線輻射非常微弱，所以用的是另一種方法：觀測有可能是圍繞黑洞轉(zhuǎn)的恒星的光譜變化，來發(fā)現(xiàn)黑洞的蛛絲馬跡。

各種可見光、不可見光都有不同的波長和頻率。光譜觀測能將各種頻率的光分開。分析光譜，可以獲取宇宙天體中的化學成分、溫度、氣體運動等信息。

這樣找尋黑洞，需要獲取大量恒星的光譜，對一次觀測只能獲取數(shù)條光譜的望遠鏡來說前景渺茫。而郭守敬望遠鏡擁有4000根光纖，理論上每次都能獲得4000條光譜，被稱為“光譜之王”。

為紀念我國古代偉大的天文學家，在月球上有他們名字命名的地貌，太空中有他們名字命名的小行星。

他們是古代天文學家的代表：石申、張衡、祖沖之、郭守敬、沈括、萬戶（陶成道）。答案可以多選：

1.名字用于月球的是___________

2.用于小行星的是___________

答案：

1.石申、張衡、祖沖之、郭守敬、萬戶

2.張衡、祖沖之、郭守敬、沈括