北京时间2019年4月10日21时，我国的上海、台北以及世界其他5个城市的天文学家同时召开了发布会，邀请全世界人共同见证人类历史上的一次盛事——世界上第一张黑洞照片问世。
你可能会纳闷：黑洞不是黑的吗？怎么还能拍照片呢？今天，咱们就来聊聊这个问题。
黑洞
1915年的时候，伟大的物理学家爱因斯坦提出了著名的广义相对论，震惊了世界，也改变了我们对宇宙和引力的认知。
1916年，德国天体物理学家卡尔·史瓦西就根据场方程计算出一个真空解。这个真空解暗示我们，宇宙中可能存在一种非常神秘的天体，它没有体积，而是会把所有的物质挤压在一个点内。因此，这个点具有无限大的密度以及无限大的时空曲率。因为这个点十分诡异奇怪，因此被称为奇点。
由于密度如此之大，它的引力也大得惊人，以至于附近的区域连宇宙中最快的光也无法逃脱，最终被它吞噬。这就导致我们无法直接观测到它，后来物理学家惠勒给这种天体起了一个非常形象的名字——黑洞。
当然，黑洞也不是能够吸引全宇宙的光。我们知道，引力和二者之间的距离的平方成正比，对于黑洞来说，只能够吞噬周围一定范围内的光，而这个范围也与黑洞质量相关。史瓦西同样计算了这个数据，这就是黑洞的史瓦西半径。恰好能够让光处于被吞噬和不被吞噬的临界点，叫做黑洞的事件地平线，内部就是它的事件视界。观测黑洞
那么问题来了，既然黑洞连光都能吞噬，天文学家要如何给黑洞拍摄照片？实际上，就目前已知的理论而言，天文学家不可能拍摄到事件视界以内的任何图像。好在，即使不拍摄这里的区域，仍然对我们有重要意义。当物质被黑洞吞噬时，它们会旋转着加速向黑洞下落，就像是你打开水槽的塞子后水会旋转着涌入下水道一样，这就是黑洞的吸积盘。在这个过程中，物质的能量会大幅增加，从而发出辐射，变得极其明亮，而这个明亮的吸积盘，正是天文学家们了解黑洞的重要手段。即便如此，想要观测一个黑洞，难度仍然是非常大的，对于人类目前的每一个观测设备来说都是不可能完成的任务，它们的口径都太小了。于是，甚长基线干涉技术迎来了它发挥的舞台。通过分布于世界不同角落的八台望远镜，天文学家们将它们等效成了一个直径和地球一样大的虚拟望远镜，这就是事件视界望远镜。凭借着这台强大的虚拟望远镜，我们终于可以在可见光以外的波段拍摄黑洞的吸积盘，了解这种神秘的天体。历史上第一张被人类拍照的黑洞，是一个距离我们5500万光年的超大质量黑洞，它位于M87星系的中心，因此被称为M87*。天文学家指出：这个黑洞的质量是太阳的65亿倍，体积是太阳的680万倍，绝对是宇宙中的怪兽。就在2021年3月24日，天文学家们又公布了事件视界望远镜的最新成果，那就是偏振光下的黑洞照片。乍看之下，这张图片和上一次好像有点类似，而且都是来自于M87*。那么，这两次照片到底有什么区别呢？其中蕴含着怎样的秘密呢？偏振光下的黑洞照片
我们知道，X射线和电磁波都属于横波。所谓的横波，指的是在向前传播的同时，还会向左右、上下、斜上下等各个方向振动。但是，如果进行某种方向上的遮挡或者是其他干扰因素，那么某些特定方向上的电磁波就会被拦住，导致传到观测者眼里的只有特定方向上的电磁波，这就是偏振。偏振的应用相信大家都有体验，那就是电影院里的3D电影，就是用两种偏振光拍摄，然后利用3D眼镜上两个只能接受特定方向偏振光的镜片，就能看到3D效果了。按说黑洞的吸积盘所释放出来的光，原本应该是各个方向上都有的。可这一次拍摄的照片显示，它居然是偏振的。这意味着，一定有什么机制把其他方向上的X射线给屏蔽了。天文学家的研究结果表明，导致这个现象的原因，就是黑洞的磁场。正如科罗拉多大学博尔德分校的天文学家Jason Dexter指出的那样：“观测结果告诉我们，黑洞的边缘拥有着恐怖的磁场，当高温气体被引力拉扯的时候，它能够通过推力将这些气体反推出去，只有通过了黑洞磁场的气体才能打着转进入到事件地平线。”通过这次照片，天文学家们确认了黑洞磁场的一些特性，而这对于我们理解黑洞的相对论性喷流具有重要意义。据观测，黑洞在吞噬物质的同时，还会从两极释放出强大的等离子体束，其速度甚至接近光速，因此称为相对论性喷流。比如M87*的喷流，就高达光速的99%。长期以来，天文学家们一直认为这些喷流来自于黑洞的恐怖磁场，但苦于没有实际的观测证据。而这一次的黑洞照片，证实了天文学家们的猜想，对我们理解黑洞有着重要的意义。未来，事件视界望远镜还将继续工作，实际上该项目组每年都会进行联合工作，致力于拍摄更多黑洞的照片。我们也期待天文学家拍摄到我们银河系内的超大质量黑洞——人马座A*。毕竟对于我们自己的星系来说，有更多秘密值得我们去探索。（友情提示：这张由钱德拉和南非MeerKAT望远镜拍摄的银河系中心照片适合横屏放大看！）在观测黑洞方面，可见光以外的电磁波波段是一种非常有效的工具。比如事件视界望远镜项目中，利用的就是亚毫米波波段。除此之外，X射线波段也是研究黑洞以及其他天体的重要工具。1999年的时候，NASA还发射了著名的钱德拉X射线天文台，通过太空中的X射线望远镜了解宇宙天体的大量秘密。
（图片说明：2009时NASA发布的一张银河系中心图像）钱德拉升空10周年的时候，NASA就用如此壮观的图像为它庆生。而在2019年钱德拉升空20周年之际，NASA更是推出了力作——由美国史密森学会出版的《NASA深空探索》，展示了钱德拉的伟大成就。本书一共收录了超过140幅美国宇航局最为经典的星空图片，还有创生之柱等更加蔚为壮观的宇宙图片，并详细地介绍了每一张图的拍摄方式和构图原理。很多人看到宇宙的图片时只能简单地说“美”，但有了这本书后，你看天文美图将能够看到其中的天文学原理，不再迷茫！本书由南京紫金山天文台的蒋云副研究员以及陈维助理研究员合力翻译，用生动朴实的语言带你理解原本深奥的太空知识。现在购买还有大力折扣，赶快入手，我们一起征服星辰大海！
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