全人類一起抬頭看天

bulaolindtsg 2022-05-16 發(fā)布于遼寧

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作者｜玄寧郵箱｜wangzhaoyang@pingwest.com把人們都看得到的景色拍出美感，叫做藝術(shù)。而把人類已經(jīng)用智慧推導出，但卻無法親眼看到的東西拍出來，就是最高級的科學。因為后者必須要通過全人類的共同參與來實現(xiàn)。北京時間2022年5月12日晚上9點，包括中國在內(nèi)全球多個國家同時舉辦發(fā)布會，公布了一張人類科學家共同耗費5年時間“拍攝”的銀河中心黑洞照片。

圖源：由EHT合作組織提供早在1931年，就有科學家捕捉到來自銀心方向的無線電信號，1974年有科學家進一步確認了銀河系中心的射電源，并給了這個黑洞一個編號：Sgr A*（人馬座A*）。而今天人類天文學家們穿過宇宙的塵埃和黑暗，首次捕獲了藏在銀河系中心的這頭溫柔野獸，也穩(wěn)固了人類主流天文學甚至最偉大的科學理論的根基。飛向銀河系中心黑洞 | ESO/MPE/NickRisinger (skysurvey.org)/VISTA/J. Emerson/Digitized Sky在一部模擬視頻中，第一人稱的視角穿越星空，奔向銀河最深奧的核心，最終穿過約27000光年的距離后，出現(xiàn)一個奇異的黑洞。仔細看，它像一只眼睛在看著這個世界。科學家們還不清楚這個溫柔野獸如何長成今天的樣子。但根據(jù)2020年諾貝爾物理學獎得主賴因哈德·根策爾和安德烈婭·蓋茲的計算，這頭野獸相當于414萬個太陽的質(zhì)量。414萬個太陽。

我們能看到的那個太陽，和夜晚接班的星河夜空，只是銀河系很小的一部分。它真正的直徑將近100000光年(一光年相當于約9.5萬億公里）。而和宇宙中幾乎所有星系一樣，在銀河系的中心，待著一個黑洞。在2019年以前，某種意義上黑洞一直是被人類最偉大的大腦們預測出的存在。愛因斯坦的廣義相對論里，時空不再是一成不變，而可以發(fā)生扭曲，甚至徹底消失，引力由這些扭曲產(chǎn)生。而黑洞就是這吞噬時空的“極端情況”，當一些大質(zhì)量恒星“死亡”后，它向內(nèi)坍塌，會變成連光都無法從中逃脫的天體，而且它還會不斷“生長”，不停扭曲其他時空直到讓它們消失在它的漩渦里。沒有光，人類自然也就無法直接看到它。連愛因斯坦自己也曾因種種原因懷疑黑洞真的存在。2019年，人類終于第一次看到了黑洞。當年4月10日人類看到M87黑洞的照片，這也是人類首張黑洞照片。

圖源：上海天文臺完成這一使命的，是一個名叫事件視界望遠鏡（EHT，Event Horizon Telescope）的計劃。它的名字來源于環(huán)繞黑洞的時空無法逃脫的轉(zhuǎn)折點區(qū)域，而就像最黑暗的黑洞其實是最熱烈的天體，科學家也希望用合作的力量對抗這個轉(zhuǎn)折點，捕獲那瞬間逃脫的黑洞影像?？茖W的神奇就在于，人類眼睛看不到的黑洞也依然無法徹底隱藏自己。人們有多種方法發(fā)現(xiàn)它，比如探測一個黑洞和恒星靠近過程中，開始“吸”走恒星時升溫產(chǎn)生的x射線，比如通過跟蹤分析黑洞周圍恒星的軌跡，來發(fā)現(xiàn)秘密等。這些都能幫助科學家確定黑洞真的在那里，但要想更加直觀的看到它，就需要口徑足夠大的射電望遠鏡。這只有國際合作才能實現(xiàn)。2009年，EHT項目誕生，至今已經(jīng)有了11個分散全球多國的望遠鏡，它們通過一項被稱為“甚長基線干涉測量”（VLBI）的技術(shù)共同組成了一架地球尺寸的虛擬望遠鏡——如果那只凝視銀河系的眼能看清正在觀測它的望遠鏡，它會發(fā)現(xiàn)這也是全人類共同編織的一只看著它的大眼。

圖源：上海天文臺此次黑洞觀測中，8個射電望遠鏡或陣列參加其中，分別位于智利、墨西哥、美國、西班牙和南極。事實上，此次的觀測和2019發(fā)布的M87的觀測都在2017年4月正式開始。但它的照片面世比M87晚了3年，因為它的觀測和成像都難度更大。據(jù)參與其中的中國天文學家表示，首先這項拍攝任務(wù)需要為所有參與的觀測站湊出聯(lián)合觀測的時間，全年不過10天。而且觀測后拿到的是海量的數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)用特制硬盤記錄，再被運輸?shù)酵坏攸c，用超級計算機整合分析，用人工智能算法對比補足。因此，觀測結(jié)束后又過了多年才得以發(fā)布。而最終的圖像和特征，與愛因斯坦的方程一致，也和百年前計算出它就在那里的天文學家的預測吻合。據(jù)上海天文臺介紹，中國天文科學家此次參與了前期觀測技術(shù)的預研，對黑洞大小、拍攝圖片分辨率極限等研究推測，以及對大量觀測數(shù)據(jù)進行VLBI數(shù)據(jù)處理。EHT的國際合作在繼續(xù)擴大，中國的參與也在加深，上海天文臺透露，中國正在規(guī)劃建設(shè)自己的亞毫米波VLBI望遠鏡，來參與接下來對這個銀心黑洞的24小時不間斷接力觀測，共同拍攝人類對黑洞的第一部視頻。2019年，人類曾一起抬頭看天，第一次看到黑洞的樣子。3年后，地球上的一切都變得非常不同，人類再一次一起抬頭看天，看到了屬于所有人共同的星系的中心，確信了我們相信的科學沒有改變，以及人類還會共同努力做成同一件事情。