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假如地球變成黑洞 它的直徑有多大?

2019/4/15 12:57:32

    (轉上觀新聞)今天上午,上海科技館報告廳座無虛席,許多家長帶著孩子來聆聽上海科普大講壇,中科院上海天文臺臺長沈志強研究員、左文文副研究員圍繞“人類第一次用望遠鏡拍到黑洞照片”這一熱點新聞,為公眾講解了黑洞的性質以及甚長基線干涉測量(vlbi)技術觀測黑洞的科學原理。“有夢想,有機會,有奮鬥,一切美好的東西都能創造出來。”演講結束前,沈志強用這句話勉勵聽眾為夢想奮鬥,有朝一日也實現“為黑洞拍照”這樣的壯舉。

  左文文在演講仲介紹,黑洞是廣義相對論方程式的一個解。此外,白洞、蟲洞也是廣義相對論方程式的解。與人類至今未發現蛛絲馬跡的白洞和蟲洞相比,黑洞這種超大品質、吞噬一切的“宇宙怪獸”早已顯現出它們的面目。1916年,就在愛因斯坦發表廣義相對論的第二年,德國物理學家史瓦西就給出了黑洞的數學描述。他用數學語言描述的黑洞不帶電、不轉動,只有一個參數——品質。黑洞的品質越大,它的史瓦西半徑就越大。一個球體的半徑如果小于其史瓦西半徑,就是黑洞。黑洞的外圈被稱為“事件視界”,即史瓦西半徑。包括光在內的所有物質一旦進入視界,就永遠出不來了,這就是黑洞“吞噬一切”“漆黑一片”的特性。

  “假如太陽變成黑洞,它的直徑必須縮到6公里。假如地球變成黑洞,直徑要縮到2釐米。”沈志強告訴聽眾。由此可見,宇宙中那些大型黑洞的品質有多麼驚人。最近多國望遠鏡聯合拍攝到的m87星系中心的超大品質黑洞,經觀測驗證,其品質是太陽的65億倍。距地球5500萬光年。銀河系中心的超大品質黑洞距地球2.6萬光年,是太陽品質的400多萬倍。

  黑洞既然漆黑一片,望遠鏡怎麼能拍攝到它的影像呢?左文文説,其實黑洞並不是很黑,那些墜落到黑洞的物質在墜落過程中,其引力能會轉換成光和熱,形成環繞黑洞的吸積盤,而且高速旋轉,“像印度大廚用手轉動的一個飛餅”。人類拍到的第一張黑洞照片上,那圈模糊的環狀光暈就顯示了吸積盤的形態和亮度。“照片上光的顏色並不重要,光的強度才具有科學價值,黃色部分最亮。”

  拍攝並“沖洗”出這張照片,之所以難度很大,主要是因為m87星系中心黑洞距離遙遠,足足有5500萬光年。在地球上用望遠鏡觀測,它的環狀結構角直徑大小只有42±3微角秒(1度= 60角分= 3,600角秒=3,600,000毫角秒=3,600,000,000微角秒),而滿月的角直徑為1800角秒,可見這個黑洞是多麼難以觀測,能拍到模糊的照片,已體現了人類目前最高的技術能力。這種技術的英文簡稱是vlbi。簡而言之,vlbi是將地球上多個地方的射電天文望遠鏡聯合起來,編織成一張巨大的隱形觀測網,達到巨型望遠鏡的觀測效果。作為這一領域的知名專家,沈志強介紹説,vlbi不僅適合觀測黑洞等遙遠天體,還能精確測定太空飛行器的位置。憑藉這種能力,由上海佘山、北京密雲、新疆烏魯木齊、雲南昆明等地射電望遠鏡組成的vlbi深空探測網,為嫦娥一號至四號成功導航,在我國探月工程中發揮了重要作用。

  (本文作者:俞陶然 文字編輯:俞陶然)