为什么“甜甜圈”拍糊了? 我们替你问了这位诺奖大咖

成都日报 2019-04-12 02:49 大字

4月10日,“事件视界望远镜”项目主任、美国哈佛-史密森天体物理学中心的谢泼德·杜勒曼(左二)在华盛顿举行的新闻发布会上讲话

跨越5500万光年的曝光:原来你是这样的黑洞!

从昨晚开始,你的朋友圈有没有被这张图刷屏——

人类有史以来获得的第一张黑洞照片“见光”啦!作为第一批“看见”黑洞的人类,这届网友们纷纷“脑洞大开”:

有人看到了甜甜圈……

有人看到了蜂窝煤……

还有人竟然看到了电热器……

其实,在这次“首秀”之前,不少人脑海中关于黑洞的形象来源于大热科幻电影《星际穿越》。

影片中名为“卡冈图雅”的黑洞图像可谓清楚明亮,10日首张照片的“主角”——室女座超巨椭圆星系M87中心超大质量黑洞却显得有点“糊”。

要解释这回事,下面这位世界级科学大咖恐怕最有发言权。

他是拿到诺贝尔物理学奖的国际知名物理学家,人类首次探测引力波的绝对主力和“灵魂人物”;也是科幻作家和科幻电影编剧,为《星际穿越》担任科学顾问,影片中的黑洞就是他主导设计的!

基普·索恩11日在接受新华社记者采访时,对两个黑洞图像的异同给出独家解析。

Q1

为什么黑洞照片拍“糊”了?

一句话,相机“不行”。

索恩解释说,“模糊是因为(事件视界)望远镜的分辨率还不够好。”

Q2

为什么首张黑洞照片中的光线比《星际穿越》中黑洞光线弱这么多?

一句话,还是相机“不行”。

索恩解释说,电影中“卡冈图雅”黑洞的强光来自拍电影时IMAX相机镜头中模拟的光散射。而对黑洞的真实观测可没有拍电影这么好的条件,“事件视界望远镜”中没有IMAX相机那样的光散射。

Q3

为什么照片中黑洞半明半暗?

一句话,导演的“锅”。

真实照片中,黑洞一侧明亮,而另一侧暗淡。但《星际穿越》中的黑洞图像却没有这种差别。

索恩指出,与“卡冈图雅”黑洞相比,M87星系黑洞的多普勒频移作用显得非常强大,这使得照片中黑洞有一侧非常明亮。多普勒频移是指物体运动时,从那里发出的信号传到接收处时会出现相位和频率的变化。

事实上,索恩团队当初为《星际穿越》提供的黑洞模型中同样考虑了多普勒频移,但《星际穿越》导演克里斯托弗·诺兰“忽略”了这种亮度差异。因为当黑洞周边物质的整体亮度非常强烈时,人眼很可能无法分辨出黑洞两侧的亮度差异。

Q4

为什么电影中的黑洞中间有一条亮带,但首张“证件照”里没有?

一句话,此洞非彼洞。

电影中设定的“卡冈图雅”黑洞与真实M87星系黑洞本身就有不同。最大的不同在于二者的吸积盘厚薄程度等特性有差异,这可以部分解释为什么“卡冈图雅”黑洞图像的中心有一条亮带。

索恩说,“卡冈图雅”黑洞周围发出辐射的吸积盘在物理上非常薄,但在光学上看却非常厚,辐射不能穿越它;而M87星系黑洞却相反,其吸积盘在物理上非常厚,但在光学上看很薄,辐射可以基本不受阻碍地穿过它。

其实,无论甜甜圈、蜂窝煤还是电热器,还不都是因为首张“证件照”中黑洞周围光线的颜色是偏红的暖光嘛。为什么与电影中黑洞周围光环的“冷色调”差别那么大?

一句话,还不是为了让你看到咯。

小编来解释一下啊:此次对M87星系黑洞成像的“事件视界望远镜”的工作波段是毫米波。但人眼并不能看到毫米波,黑洞图像上呈现出的彩色光是科研人员经过计算机处理而成的。

也就是说,“事件视界望远镜”的科学家选择了红色,而《星际穿越》则选择了其他颜色。

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黑洞拍照项目主任:

期待与中国合作 用太空望远镜拍黑洞

“事件视界望远镜(EHT)”项目主任谢泼德·杜勒曼10日接受新华社记者采访时表示,为了更好地拍摄黑洞,他们计划在地面望远镜基础上加入太空望远镜,并已开始和中国方面讨论展开合作。

杜勒曼说,现在给黑洞拍照需要等待地球旋转到合适的位置,如果有一台围绕地球旋转的太空望远镜,就可以迅速将虚拟望远镜中的“留白”补齐。在他看来,中国可以成为“宝贵的”合作伙伴,最终“让天线伸到太空中去”。

杜勒曼表示,尽管目前这还是个探索性项目,但“相信中国会与我们合作”,创造令人激动的未来。

2018年,中国首颗硬X射线调制望远镜卫星“慧眼”正式交付使用,迄今已多次参加国际空间和地面望远镜联测。中国还在推动增强型X射线时变与偏振空间天文台(eXTP)项目,开发“慧眼”的继任者。

荷兰阿姆斯特丹大学天体物理学教授塞拉·马尔科夫在发布会结束后对新华社记者说,他希望在太空中使用X射线探测黑洞,中国发起的X射线望远镜项目非常重要,“我所在的机构正在参与eXTP项目,新观测将带来新的理论模型,从而更好解释今天获得的有关黑洞的数据。”

人类获得首张黑洞照片离不开全球科研人员的共同努力,包括中国科学院上海天文台在内的一些中国机构也参与其中。

杜勒曼说,中国深度参与了位于美国夏威夷的东亚JCMT望远镜对黑洞的观测,并在开发算法、解析图像、改进冲洗技术和黑洞理论研究方面做出了“非常非常重要的贡献”。文图均据新华社

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